Формируется ли консенсус по поводу решения «литиевой проблемы»?

Абсолютного консенсуса нет и ничего не доказано вне всяких сомнений, но есть излюбленные объяснения.

Расхождение между предсказанным нуклеосинтетическим содержанием лития-7 при большом взрыве и измеренным значением можно резюмировать следующим образом.

Если мы возьмем то, что мы знаем о барионной плотности массы Вселенной и постоянной Хаббла, мы получим самосогласованную картину между космическим микроволновым фоном, наблюдениями за удалением галактик и т. д. и оценками первичных содержаний гелия и дейтерия.

Проблема возникает из-за того, что те же самые космологические параметры предсказывают изначальную распространенность лития$3\times10^{-10}$, когда выражается как отношение к содержанию водорода.

С другой стороны, измерения содержания лития, присутствующего в фотосферах самых старых звезд (так называемых «звезд гало») в нашей Галактике, позволяют предположить, что изначальное содержание лития составляло около$1.2\times10^{-10}$.

Разница между этими числами в 2-3 раза примерно в 4-5 раз превышает точность измерения . Это так называемая «литиевая проблема».

Потенциальные решения рассмотрены Fields (2012) . Они относятся к следующим категориям.

1. Астрофизические решения - что мы не понимаем наши измерения содержания лития из-за несовершенного понимания атмосфер звезд с низкой металличностью; или что мы не понимаем механизмов внутреннего смешивания, которые означают, что в фотосфере мы видим материал, который был перемешан вверх изнутри, где литий был истощен в результате ядерных реакций.

2. Ядерная физика — может быть, данные о скоростях и поперечных сечениях реакций в модели большого взрыва неверны? Здесь все еще есть некоторые значительные неопределенности, которые еще предстоит устранить, но они рассматриваются как довольно маловероятные решения.

3. Дополнения к стандартной модели большого взрыва. Это включает в себя такие вещи, как неоднородный нуклеосинтез в ранней Вселенной, то есть то, что он был комковатым даже на этой ранней стадии. Другие возможности включают возможность того, что равновесные реакции нуклеосинтеза Большого взрыва были нарушены распадом массивных частиц темной материи.

Таким образом, существует множество идей для решения этой проблемы, а также другие идеи, которые предполагают, что это не столько проблема, сколько то, что мы не можем правильно провести измерения.

РЕДАКТИРОВАТЬ: обновление от 18.11.19 с конференции «Литий во Вселенной» во Фраскати, Рим.

Прослушав несколько обзорных докладов по этой проблеме, я могу резюмировать прогресс следующим образом:

Объяснение 2 (ядерная физика) мертво. Все возможности, по-видимому, должны быть изучены, и вероятность оставшихся неопределенностей находится на уровне 10%.

Тем не менее, также обсуждались следующие возможности.

4. Возможно, фундаментальные константы изменились со временем, что привело к несколько разным различиям в энергиях связи между разными ядрами? Шеррер и Шеррер (2017) , например, обсуждают сценарий, в котором разница масс между ядрами 2 He и ядром 8Be изменяется со временем таким образом, что во время нуклеосинтеза Большого взрыва образуется много 8Be, но позже он снова распадается на He. Это не меняет изначального содержания гелия, полученного из современных наблюдений, но удаление гелия в ранние эпохи приводит к более низкому образованию 7Li.

5. Неоднородные магнитные поля, вносившие значительный вклад в плотность энергии в ранней Вселенной, могли привести к флуктуациям температуры в эпоху нуклеосинтеза. Такие флуктуации могут немного уменьшить предсказанное содержание лития, но они также изменяют предсказанное содержание дейтерия, и это не согласуется с уже достаточно точными измерениями изначального содержания D и планковского значения$\Omega_b h^2$.

6. Было высказано предположение, что магнитные поля могут играть роль в фильтрации того, сколько первичного лития попадает в структуры, образующие галактики. т.е. существует своего рода химическая дифференциация, вызванная градиентом напряженности магнитного поля под прямым углом к ​​магнитному полю. Это ускоряет ионы вниз по градиенту и, возможно, от формирования структур. Поскольку Li легко ионизируется в ранней Вселенной (по сравнению с H и He), это может привести к тому, что газ, сформировавший первые звезды, будет бедным Li.

В конце встречи участников попросили (для развлечения) проголосовать за то, что они считают наиболее вероятным решением. № 1 был первым, а № 3 - вторым.