In den letzten Jahrzehnten haben Wissenschaftler mit einem Problem im Zusammenhang mit der Urknalltheorie gerungen. Die Urknalltheorie schlägt vor, dass es dreimal so viel geben sollte Lithium wie wir beobachten können. Warum gibt es eine solche Diskrepanz zwischen Vorhersage und Beobachtung?
Um in dieses Problem einzusteigen, gehen wir ein wenig zurück.
Die Urknalltheorie (BBT) wird durch mehrere Beweislinien und Theorien gut gestützt. Es wird allgemein als Erklärung dafür akzeptiert, wie das Universum begann. Drei wichtige Beweise unterstützen die BBT:
- Beobachtungen der Kosmischer Mikrowellen-Hintergrund
- unser wachsendes Verständnis der großräumige Struktur des Universums
- grobe Übereinstimmung zwischen Berechnungen und Beobachtungen der Häufigkeit von primordialen leichten Kernen (Versuchen Sie dies NICHT dreimal hintereinander zu sagen!)
Aber das BBT hat noch einige knifflige Fragen.
Das Problem des fehlenden Lithiums dreht sich um die frühesten Stadien des Universums: von etwa 10 Sekunden bis 20 Minuten nach dem Urknall. Das Universum war super heiß und expandierte schnell. Dies war der Beginn dessen, was man Photonen-Epoche .
Zu jener Zeit, Atomkerne gebildet durch Nukleosynthese . Aber die extreme Hitze, die das Universum beherrschte, hinderte die Kerne daran, sich mit Elektronen zu verbinden, um Atome zu bilden. Das Universum war ein Plasma von Kernen, Elektronen und Photonen.
Während dieser Zeit wurden nur die leichtesten Kerne gebildet, darunter der größte Teil des Heliums im Universum und kleine Mengen anderer leichter Nuklide, wie Deuterium und unser Freund Lithium. Schwerere Elemente wurden zum größten Teil erst gebildet, als Sterne erschienen, und übernahmen die Rolle der Nukleosynthese.
Das Problem ist, dass unser Verständnis des Urknalls uns sagt, dass es dreimal so viel Lithium geben sollte wie vorhanden. Der BBT macht es richtig, wenn es um andere Urkerne geht. Unsere Beobachtungen von primordialem Helium und Deuterium stimmen mit den Vorhersagen des BBT überein. Bisher konnten Wissenschaftler diese Inkonsistenz nicht auflösen.
Aber ein neues Papier von Forschern in China könnte das Rätsel gelöst haben.
Eine Annahme bei der Urknall-Nukleosynthese ist, dass sich alle Kerne im thermodynamischen Gleichgewicht befinden und ihre Geschwindigkeiten der sogenannten klassischen Maxwell-Boltzmann-Verteilung entsprechen. Aber der Maxwell-Boltzmann beschreibt, was in einem sogenannten ideales Gas . Reale Gase können sich anders verhalten, und das schlagen die Forscher vor: dass sich Kerne im Plasma der frühen Photonenperiode des Universums etwas anders verhalten haben als gedacht.
Diese Grafik zeigt die Verteilung der frühen Urlichtelemente im Universum nach Zeit und Temperatur. Temperatur oben, Zeit unten und Fülle an der Seite. Bild: Hou et al. 2017
Zur Lösung des Problems wandten die Autoren die sogenannte nicht umfangreiche Statistik an. In der obigen Grafik sagen die gestrichelten Linien des Modells des Autors eine geringere Häufigkeit des Berylliumisotops voraus. Dies ist wichtig, da Beryllium in Lithium zerfällt. Wichtig ist auch, dass die resultierende Menge an Lithium und der anderen leichteren Kerne jetzt alle den Mengen entsprechen, die von der Maxwell-Boltzmann-Verteilung vorhergesagt werden. Es ist ein Heureka-Moment für Kosmologie-Liebhaber.
Die Zerfallsketten primordialer leichter Kerne in der Frühzeit des Universums. Beachten Sie die dünnen roten Pfeile zwischen Beryllium und Lithium bei 10-13, dem frühesten Zeitpunkt, der in diesem Diagramm angezeigt wird. Bild: Chou et. al.
Das alles bedeutet, dass Wissenschaftler jetzt die Häufigkeit der drei Urkerne im Uruniversum genau vorhersagen können: Helium, Deuterium und Lithium. Ohne jede Diskrepanz und ohne fehlendes Lithium.
Auf diese Weise zermahlt die Wissenschaft Probleme, und wenn die Autoren des Papiers Recht haben, bestätigt es die Urknalltheorie weiter und bringt uns dem Verständnis der Entstehung unseres Universums einen Schritt näher.
Heureka!
