Am Anfang schuf der Urknall drei Elemente: Wasserstoff, Helium und Lithium. Aber es produzierte nur eine Spur von Lithium. Für jedes erzeugte Lithiumatom produzierte der Urknall etwa 10 Milliarden Wasserstoffatome und 3 Milliarden Heliumatome. Das Verhältnis der Urelemente ist eines der Triumphe des Urknallmodells. Es sagt das Verhältnis von Wasserstoff (H) und Helium (4Er) perfekt und funktioniert sogar für die Verhältnisse anderer Isotope wie Deuterium (2H) und Helium-3 (3Er). Aber es funktioniert nicht für Lithium, und wir sind uns nicht sicher, warum.
Vorhergesagte Verhältnisse von Urelementen. Bildnachweis: NASA / WMAP-Wissenschaftsteam
Theoretisch hätte der Urknall viel mehr Lithium produzieren müssen (7Li) als wir beobachten. Der beobachtete Lithiumspiegel ist so viel niedriger als vorhergesagt, dass er als bekannt ist Lithiumproblem. Ein Teil davon ist verständlich. Wir wissen zum Beispiel, dass Sterne Lithium verbrauchen, wenn sie schwerere Elemente in ihrem Kern verschmelzen. Da Lithium schwer zu beobachten sein kann, können unsere Messungen einen systematischen Fehler aufweisen, der das kosmische Lithium unterschätzt.
Das Modell hat jedoch noch einen weiteren Haken. Während das beobachtete Niveau von7Li ist niedriger als erwartet, der beobachtete Spiegel eines anderen Lithiumisotops,6Li, ist zu hoch. Dieses Isotop macht etwa 8% des natürlich vorkommenden Lithiums aus, während die Urknalltheorie voraussagt, dass es weniger als 1% ausmachen sollte. Es ist dieses letzte Bit, das am verwirrendsten ist, da es impliziert, dass Lithium erzeugt und nicht nur verbrannt wird. Aber eine neue Studie zu Roten Riesensternen könnte die Antwort haben.
Die Absorptionsspektren von lithiumreichen Riesen unterscheiden sich deutlich von denen regulärer Roter Riesen. Bildnachweis: LAMOST
Die Lithiumhäufigkeit der meisten Sterne ist ziemlich gering, und da der Standardfusionsprozess eines Sterns Lithium verbraucht, nimmt diese Häufigkeit tendenziell ab, wenn ein Stern altert. Aber einige Sterne enthalten viel Lithium. Diese roten Riesensterne sind als lithiumreiche Riesen bekannt und haben eine tausendmal höhere Fülle als andere Riesensterne. Dies würde bedeuten, dass diese Sterne durch einen nuklearen Prozess Lithium erzeugen.
Aber Lithium-reiche Riesen machen nur etwa 1% der Roten Riesensterne aus. Abgesehen von ihrem hohen Lithiumvorkommen ähneln sie in Alter, Masse und Helligkeit anderen Roten Riesen. Was könnte einige Rote Riesen dazu bringen, Lithium zu produzieren, aber nicht alle?
Ein HR-Diagramm. Das gestrichelte Kästchen zeigt rote Klumpensterne an. Bildnachweis: Hipparcos
Um diese Frage zu beantworten, untersuchte das Team 200.000 rote Riesensterne mit ähnlicher Masse und Gesamtmetallizität. Abgesehen von ihrer Lithiumhäufigkeit waren diese Sterne im Grunde gleich. Dann sortierten sie die Sterne in normale Rotriesensterne und Rotklumpenriesen. Sie werden rote Klumpensterne genannt, weil sie alle eine ähnliche Helligkeit und Farbe haben, sodass sie in einem Hertzsprung-Russell-Diagramm zusammengeklumpt sind. Rote Riesensterne gehen in eine rote Klumpenphase über, wenn sie von fusionierendem Wasserstoff zu fusionierendem Helium übergehen.
Bei der Messung des Lithiumgehalts dieser Sterne stellte das Team fest, dass normale Rote Riesen erwartungsgemäß niedrigere Lithiumspiegel hatten. Aber die roten Klumpensterne hatten einen höheren Lithiumgehalt. Es scheint also, dass Rote Riesen, wenn sie zu roten Klumpen werden, einen Großteil des Lithiums erzeugen, das wir heute sehen.
In etwa fünf Milliarden Jahren wird unsere Sonne ein roter Riese. Mit der Zeit wird es auch ein roter Klumpenstern. Wenn dies der Fall ist, fügt es dem Kosmos ein wenig Lithium hinzu.
Referenz:Kumar, Yerra Bharat et al. “ Entdeckung der allgegenwärtigen Lithiumproduktion in massearmen Sternen . 'Naturastronomie(2020): 1-5.
