Kosmološki problem litijuma

U astronomiji, problem litijuma ili neslaganje litijuma odnosi se na neslaganje između prvobitne količine litijuma kako se zaključuje iz posmatranja halo zvezda siromašnih metalom (populacija II) u našoj galaksiji i količine koja bi teoretski trebalo da postoji zbog nukleosinteze Velikog praska + VMAP predviđanja kosmičke barionske gustine CMB. Naime, najšire prihvaćeni modeli Velikog praska sugerišu da bi trebalo da postoji tri puta više primordijalnog litijuma, posebno litijuma-7. Ovo je u suprotnosti sa uočenim obiljem izotopa vodonika (¹H i ²H) i helijuma (³He i ⁴He) koji su u skladu sa predviđanjima.^[1] Nepodudarnost je naglašena na takozvanom „Šramovom grafikonu「, nazvanom u čast astrofizičara Dejvida Šrama, koja prikazuje ovo primordijalnu zastupljenost kao funkciju kosmičkog sadržaja bariona iz standardnih BBN predviđanja.

„Šramov dijagraa「^[2] prikazuje primordijalne količine ⁴He, D, ³He, i ⁷Li kao funkciju kosmičkog sadržaja bariona iz standardnih BBN predviđanja. Predviđanja CMB za ⁷Li (uske vertikalne trake, na 95% CL) i opseg konkordancije BBN D + ⁴He (šire vertikalne trake, na 95% CL) treba da se preklapaju sa uočenim količinama lakih elemenata (žute kutije) da bi bile u saglasnosti. Ovo se dešava u ⁴He i dobro je ograničeno u D, ali nije slučaj za ⁷Li, gde uočena zapažanja Li leže za faktor 3-4 ispod predviđanja BBN+VMAP.

Poreklo litijuma

Nekoliko minuta nakon Velikog praska, svemir je skoro u potpunosti bio sačinje od vodonika i helijuma, sa količinama litijuma i berilijuma u tragovima, i zanemarljivo malim količinama svih težih elemenata.^[3]

Sinteza litijuma u Velikom prasku

Nukleosinteza Velikog praska proizvela je litijum-7 i berilijum-7, i zaista, ovaj potonji dominira primordijalnom sintezom nuklida mase 7. S druge strane, Veliki prasak je proizveo litijum-6 na nivoima više od 1000 puta manjim. 74Be se kasnije raspada putem hvatanja elektrona (vreme poluraspada 53,22 dana) u 73Li, tako da vidljiva primordijalna količina litijuma u suštini zbraja primordijalni 73Li i radiogeni litijum iz raspada 74Be.

Ovi izotopi se proizvode reakcijama

31H	+	42He	→	73Li	+	γ
32He	+	42He	→	74Be	+	γ

i bivaju uništeni putem

74Be	+	n	→	73Li	+	p
73Li	+	p	→	42He	+	42He

Količina litijuma proizvedenog u Velikom prasku može se izračunati.^[4] Vodonik-1 je najzastupljeniji nuklid, koji se sastoji od otprilike 92% atoma u Univerzumu, sa helijumom-4 drugim sa 8%. Drugi izotopi uključujući ²H, ³H, ³He, ⁶Li, ⁷Li, i ⁷Be su mnogo ređi; procenjena količina primordijalnog litijuma je 10⁻¹⁰ u odnosu na vodonik.^[5] Izračunata zastupljenost i odnos ¹H i ⁴He je u saglasnosti sa podacima iz posmatranja mladih zvezda.^[3]

Ogranak P-P II

Takođe pogledajte: Sagorevanje litijuma

U zvezdama, litijum-7 nastaje u lančanoj reakciji proton-proton.

Lančana reakcija proton-proton II

32He	+	42He	→	74Be	+	γ
74Be	+	e−	→	73Li-	+	ν	+	6987137947395530700♠0,861 MeV	/	6986613633594520999♠0,383 MeV
73Li	+	11H	→	2 42He

Grana P-P II je dominantna na temperaturama od 14 do 7007230000000000000♠23 MK.