Симулация на Големия взрив потвърди „литиев проблем”

В областта на астрофизиката съществува загадка, която не е разрешена и до днес.

Количеството литий, което присъства в звездите от достъпната ни част от Вселената, е значително по-ниско от изчисленото количество на този елемент, което би трябвало да се е образувало в момента на Големия взрив.

И все пак теоретичните изчисления, проведени от учените в предишни времена, са верни и потвърждение за това са резултатите от експерименти, проведени в една от подземните физични лаборатории, разположени под планината Гран Сасо, Италия.

В експериментите международен екип учени, чието ядро били изследователите от научния център Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), са възпроизвели условията, съществували в момента на Големия взрив, и определили количеството образувал се литий.

Литият, заедно с водорода и хелия, е един от трите химични елементи, които са се формирали при процеса на първичен нуклеосинтез в най-ранната Вселена, в който още дори не са били започнали процесите на формиране на първите звезди.

Това значи, че когато Вселената е била само на няколко минути, свободните неутрони и протони под въздействието на условията на околната среда са започнали масово да се сливат, образувайки ядрата на посочените елементи.

Именно този момент е бил възпроизведен в Laboratory for Underground Nuclear Astrophysics (LUNA) и в недрата на използвания ускорител на частици били регистрирани интензивни процеси на нуклеосинтез, включително и литиеви ядра.

Лъч с хелиеви ядра, ускорен до високи енергии, бил насочен към мишена, съдържаща тежък водород – деутерий. При сблъсъка на хелиевите ядра с ядрата на деутерия се освобождавала енергия, съпоставима по ниво с енергията на Големия взрив, при което сблъскващите се частици се разпадали на свободни неутрони и протони.

Тези неутрони и протони се сливали отново, образувайки трите първи елемента от периодичната система, и количеството образувал се литий съвпадало с теоретичните данни, които кардинално се отличават от концентрацията на литий, наблюдавана в заобикалящата ни Вселена.

„За първи път в историята на науката ние получихме възможност да изучим процесите по формиране на литий-6 и литий-7 при условия, фактически съвпадащи с условията по време на Големия взрив“, разказва Даниъл Бемерер. – Литий-6, чието ядро съдържа три неутрона и три протона, се явява един от двата стабилни изотопа на този елемент. Литий-7, който има в ядрото си допълнителен неутрон, също се е образувал по време на Големия взрив, но в много по-малки количества от литий-6.“

Получените от учените резултати от експериментите служат като потвърждение на факта за съществуването на „литиев проблем“, тъй като според тези резултати теорията на първичния нуклеосинтез остава вярна.

От друга страна, много астрономични наблюдения на най-старите звезди показват, че количеството литий-7 в тези звезди е два пъти по-ниско от изчислените стойности. Едновременно с това количеството литий-6 в тези звезди превишава изчислените стойности.

„Необичайните стойности на концентрацията на двата литиеви изотопа, наблюдавани от астрономите, не биха могли да се образуват в резултат на процеса на първичен нуклеосинтез – разказва Бемерер. – Този факт трябва да има друго обяснение.“

Допълнителни изследвания в тази насока ще бъдат проведени малко по-късно, когато бъде пусната новата лаборатория Felsenkeller, която се създава със съвместните усилия на Техническия университет на Дрезден и центъра HZDR.

Ускорителят в тази лаборатория ще има 12 пъти по-голяма мощност от ускорителя LUNA и това ще даде на учените възможност да изследват процесите на първичния нуклеосинтез още по-дълбоко.