Astronomer som använder ESO: s Very Large Telescope tror att de har hittat en lösning på ”kosmologiska litiumavvikelser”. Forskarna fann att dessa stjärnor har rätt mängd litium, att de bara blandas in i stjärnorna och sjunker ur synen på våra teleskoper. Varför denna blandning händer är fortfarande ett mysterium.
Genom att analysera en uppsättning stjärnor i ett globulärt kluster med ESO: s Very Large Telescope, kan astronomer ha hittat lösningen på en kritisk kosmologisk och stjärna gåta. Fram till nu var en pinsam fråga varför överflödet av litium som produceras i Big Bang är en faktor 2 till 3 gånger högre än det värde som uppmättes i atmosfären i gamla stjärnor. Svaret, säger forskarna, ligger i det faktum att överflödet av element som mäts i en stjärnatmosfär minskar med tiden.
"Sådana trender förutsägs av modeller som tar hänsyn till spridningen av element i en stjärna", sa Andreas Korn, huvudförfattare till tidningen som rapporterar resultaten i veckans nummer av tidskriften Nature [1,2]. ”Men en observationsbekräftelse saknades. Det är, tills nu. ”
Litium är ett av de mycket få elementen som har producerats i Big Bang. När astronomer väl vet hur mycket vanlig materia som finns i universum [3], är det ganska enkelt att härleda hur mycket litium som skapades i det tidiga universum. Litium kan också mätas i de äldsta, metallfattiga stjärnorna, som bildas av materia som liknar det ursprungliga materialet. Men det kosmologiskt förutsagda värdet är för högt för att förena med mätningarna i stjärnorna. Något är fel, men vad?
Diffusiva processer som ändrar de relativa mängderna av element i stjärnor är välkända för att spela en roll i vissa stjärnor av stjärnor. Under tyngdkraften tenderar tunga element att sjunka ut ur synligheten i stjärnan under miljarder år.
"Effekterna av diffusion förväntas bli mer uttalade i gamla, mycket metallfattiga stjärnor", sade Korn. "Med tanke på deras högre ålder har diffusion haft mer tid att ge betydande effekter än i yngre stjärnor som solen."
Astronomerna inrättade således en observationskampanj för att testa dessa modellprognoser, där de studerar olika stjärnor i olika utvecklingsstadier i det metallfattiga globulära klustret NGC 6397. Globularkluster [4] är användbara laboratorier i detta avseende, som alla stjärnorna de innehåller identisk ålder och initial kemisk sammansättning. Diffusionseffekterna förutspås variera med utvecklingsstadiet. Därför är uppmätta trender i atmosfäriska överflöd med utvecklingsstadiet en signatur för diffusion.
Arton stjärnor observerades i mellan 2 och 12 timmar med spektrografen FLAMES-UVES med flera objekt på ESO: s Very Large Telescope. FLAMES-spektrografen är idealisk lämpad eftersom den tillåter astronomer att få spektra av många stjärnor åt gången. Till och med i ett närliggande kulakluster som NGC 6397 är de oupplösta stjärnorna mycket svaga och kräver ganska långa exponeringstider.
Observationerna visar tydligt systematiska överflödstrender längs den evolutionära sekvensen för NGC 6397, vilket förutses av diffusionsmodeller med extra blandning. Således är de överflöd som uppmätts i atmosfärerna av gamla stjärnor inte strikt sett representativa för gasen som stjärnorna ursprungligen bildades av.
”När denna effekt har korrigerats överensstämmer överflödet av litium som mäts i gamla, outvecklade stjärnor med det kosmologiskt förutsagda värdet”, säger Korn. "Den kosmologiska litiumavvikelsen är således till stor del borttagen."
"Bollen är nu i teoretikernas läger," tillade han. "De måste identifiera den fysiska mekanismen som är ursprunget till den extra blandningen."
anteckningar
[1]: "En sannolik stjärnlösning på den kosmologiska litiumavvikelsen", av A.J. Korn et al.
[2]: Teamet består av Andreas Korn, Paul Barklem, Remo Collet, Nikolai Piskunov och Bengt Gustafsson (Uppsala universitet, Sverige), Frank Grundahl (Aarhus universitet), Olivier Richard (Université Montpellier II, Frankrike) ) och Lyudmila Mashonkina (Ryska vetenskapsakademin, Ryssland).
[3]: Högprecisionsmätningar av materiens innehåll i universum gjordes under de senaste åren genom att studera den kosmiska mikrovågsbakgrunden.
[4]: Globulära kluster är stora stjärnor av stjärnor; över 100 är kända i vår galax, Vintergatan. Den största innehåller miljoner stjärnor. De är några av de äldsta föremål som observerats i universum och formades förmodligen ungefär samtidigt som Vintergalaxen, några hundra miljoner år efter Big Bang.
Ursprungskälla: ESO News Release
