Astronomové mají problém s výskytem lithia v mladém vesmíru

V uplynulých desetiletích se vědci potýkali s problémem, který se týká teorie Velkého třesku (Big Bang Theory – BBT). Z této teorie vyplývá, že by ve vesmíru mělo být třikrát více lithia, než kolik jej ve skutečnosti pozorujeme. Proč je zde takový nesoulad mezi předpovědí a pozorováním? Než se ponoříme do tohoto problému, vraťme se poněkud zpět v čase.

Teorie Velkého třesku je dobře podporována četnými důkazy a předpoklady. Je široce akceptována jako vysvětlení vzniku vesmíru. Tři klíčové složky důkazů pro podporu teorie Velkého třesku jsou: 1) pozorování kosmického mikrovlnného pozadí – reliktní záření; 2) naše zlepšující se chápání velkorozměrové struktury vesmíru; 3) hrubá shoda mezi vypočteným a pozorovaným množstvím primordiálních lehkých jader. Avšak teorie Velkého třesku stále přináší drobné pochybnosti.

Problém chybějícího lithia se soustřeďuje do období nejranější etapy vývoje vesmíru: od 10 sekund do 20 minut po Velkém třesku. Vesmír byl tehdy mimořádně horký a rychle se rozpínal. Jednalo se o počátek fotonové éry. V tomto okamžiku vznikala atomová jádra v důsledku nukleosyntézy. Avšak extrémní teplota dominující vesmíru bránila atomovým jádrům spojovat se s elektrony a vytvářet atomy. Vesmír tvořila plazma z atomových jader, elektronů a fotonů.

V tomto období vznikla ve vesmíru pouze lehká jádra včetně většiny hélia a malého množství dalších lehkých nuklidů, jako je deuterium a naše známé lithium. Těžší chemické prvky vznikaly teprve tehdy, až se objevily první hvězdy a převzaly hlavní roli probíhající tvorby atomů.

Problémem tedy je, že podle našich poznatků o Velkém třesku by mělo být ve vesmíru třikrát větší množství lithia, než v současné době můžeme pozorovat. Naše pozorování prvotního hélia a deuteria souhlasí s předpovědí podle teorie Velkého třesku. Až dosud vědci nebyli schopni rozřešit nesrovnalost v množství lithia. Avšak nový článek čínských vědců může tuto záhadu rozluštit.

Jeden z předpokladů nukleosyntézy při Velkém třesku je, že veškerá atomová jádra jsou v termodynamické rovnováze a že jejich rychlosti odpovídají tzv. klasickému Maxwellovu-Boltzmannovu rozdělení. Avšak Maxwellovo-Boltzmannovo rozdělení popisuje, co se stane v případě ideálního plynu. Skutečný plyn se může chovat poněkud odlišně, a to je to, co astronomové navrhují: atomová jádra v plazmě na začátku fotonové periody vesmíru se chovaly nepatrně jinak, než jsme si doposud představovali.

V připojeném grafu podle modelu čínských autorů předpovídají tečkované čáry například nižší množství izotopu berylia. A to je klíčové, protože berylium se rozpadá právě na lithium. Rovněž důležité je, že výsledné množství lithia a dalších lehkých atomových jader nyní odpovídá množství předpověděnému na základě Maxwellova-Boltzmannova rozdělení. Tato grafika ukazuje rozdělení primordiálních lehkých chemických prvků v raném vesmíru v závislosti na uplynulém čase a klesající teplotě. Teplota je znázorněna na horní vodorovné ose, plynutí času v dolní části grafu. Zastoupení jednotlivých prvků je zakresleno křivkami podle stupnice vlevo. To je významný okamžik pro zapálené kosmology.

Co tohle všechno znamená? Astronomové nyní mohou mnohem přesněji předpovědět množství tří primordiálních atomových jader v mladém vesmíru: hélia, deuteria a lithia. Bez jakéhokoliv nesouladu a bez chybějícího lithia. Jestliže autoři publikovaného článku mají skutečně pravdu, pak učinili pokrok v potvrzení teorie Velkého třesku a udělali další významný krok k pochopení vzniku našeho vesmíru.

Zdroj: http://www.universetoday.com/133468/universe-lithium-problem/ a https://svs.gsfc.nasa.gov/10128

autor: František Martinek