Az eltűnt lítium nyomában

Az új megfigyelések igazolták a feltételezést: az ősi lítium jelentős része a csillagok belsejében bomlott le.

Az Ősrobbanást követően kialakult Világegyetem elemösszetételét elméleti modellekkel és fiatal, a kezdeti anyagokat magukba záró objektumok megfigyelésével tudjuk megismerni. Az Ősrobbanás után 3-4 perccel az egész Univerzum egyetlen csillagként működött, 3-as és 4-es hélium izotópot, valamint kevés 7-es tömegszámú lítiumot hozott létre nagy mennyiségben a rendelkezésre álló hidrogén atommagokból.

A Tejútrendszer halójának idős csillagaiban 25 évvel ezelőtt azonosították a 7-es lítiumot -átlagos gyakorisága jól egyezett a fenti elméleti előrejelzéssel. Probléma akkor jelentkezett, amikor a kozmikus háttérsugárzás alapján számított újabb Ősrobbanás modellek más lítium gyakoriságot prognosztizáltak. Eszerint kétszer-háromszor több lítiumnak kellett létrejönnie, mint amennyit megfigyeltünk.

Elméletileg a csillagok belsejében 2,5 millió K feletti hőmérsékleten és nagy nyomáson a lítium könnyen elbomlik. Egy csillag élete során tehát csökken lítiumtartalma, a kérdés az, hogy mennyire keverednek a megfigyelhető külső és hűvös rétegei (ahol a lítium nem bomlik le) a belső forró, a lítium számára "halálos" tartományokkal. A nehezebb elemek előszeretettel diffundálnak mélyre a csillagokban, ezért az öregedő csillagok légkörében az idő előrehaladtával csökken a lítium gyakorisága. Ennek mértékét az egyszerű diffúzión túl befolyásolják még a csillag légkörében zajló anyagáramlások is, amelyek elősegíthetik, vagy korlátozhatják a függőleges átkeveredést.

A mérések alapján a lítium előfordulási gyakorisága független az adott égitest tömegétől, és az objektumban mérhető egyéb nehéz elemek arányától is. Ezzel azonban szintén gond adódott: a nagyobb tömegű csillagok légkörének jobban el kellene lítiumban szegényednie - ez azonban nem mutatkozott. Olyan folyamatok is csökkenthetik tehát a lítium gyakoriságát a csillaglégkörökben, amelyek a csillag tömegétől függetlenül működnek.

Andreas Korn (Uppsala Astronomical Observatory) és kollégái az ESO távcsöveivel 18 öreg csillag összetételét vizsgálták az NGC 6397 jelű gömbhalmazban. A kérdéses halmaz kb. 400 ezer tagot számlál, és 7200 fényév távolságra van az Ara csillagképben. A gömbhalmazok csillagai egyszerre, azonos összetételű anyagból születtek. Különböző tömegű és fejlődési sebességű tagjaik vizsgálatával tehát az tanulmányozható, miként változik időben a csillaglégkörök lítium koncentrációja.

Az ESO 8 méteres VLT műszereivel és a FLAMES-UVES spektrográffal, 2 és 12 óra közötti időtartamú expozíciós időkkel a lítium 7-es izotóp, illetve a vas gyakoriságát vizsgálták. Bebizonyosodott, hogy amint a csillagok öregszenek, a légkörükben lévő 7-es lítium gyakorisága eleinte enyhén növekszik, majd hirtelen lecsökken. Az eredmények tehát igazolják a modellt, amely szerint a lítium idővel lebomlik a csillagok belsejében. A mérések alapján a kezdeti lítium koncentráció mintegy 78%-kal magasabb lehetett, mint a most megfigyelhető átlagos érték.

A közel 13,5 milliárd éves NGC6397 (ESO)

Ugyanakkor az is egyértelmű lett, hogy az egyszerű diffúzió mellett nagyobb léptékű folyamatok is befolyásolják az arány kialakulását. A tapasztalt gyakoriságok legjobban a diffúzió és a belső turbulencia meghatározott együttesével egyeztethetők össze. Bár a hiányzó lítium problémája így megoldódott, az továbbra is nyitott kérdés, hogy a csillagok belsejében milyen folyamatok hozzák létre a csillagtömegtől függetlenül megfigyelt eloszlást.

Kereszturi Ákos