Het kosmologische lithiumprobleem is de discrepantie tussen de waargenomen hoeveelheid lithium in het universum en de hoeveelheid lithium die wordt voorspeld door het standaard Big Bang-nucleosynthesemodel (BBN). Het BBN-model voorspelt dat de oorspronkelijke lithium-abundantie ongeveer 7,5 delen per miljard (ppb) zou moeten zijn, terwijl observaties van metaalarme sterren, waarvan wordt aangenomen dat ze kort na de oerknal zijn ontstaan, een lithium-abundantie van slechts ongeveer 3 ppb laten zien.

Er zijn een aantal mogelijke verklaringen voor het kosmologische lithiumprobleem. Eén mogelijkheid is dat het BBN-model onjuist is en dat de oorspronkelijke lithium-abundantie feitelijk lager was dan voorspeld. Een andere mogelijkheid is dat een deel van het lithium dat tijdens de oerknal werd geproduceerd, werd vernietigd door daaropvolgende processen, zoals stellaire evolutie of interacties met donkere materie.

Een derde mogelijkheid is dat de hoeveelheid lithium in metaalarme sterren niet zo laag is als het lijkt. Dit kan te wijten zijn aan een aantal factoren, zoals de effecten van stellaire rotatie of magnetische velden, of de aanwezigheid van onzichtbare dubbelsterren.

Recente studies hebben gesuggereerd dat het kosmologische lithiumprobleem kan worden opgelost als de overvloed aan lithium in metaalarme sterren naar boven wordt bijgesteld. Uit een onderzoek van Asplund et al. (2016) ontdekten dat de lithium-abundantie in een steekproef van metaalarme sterren ongeveer 4,2 ppb bedroeg, wat aanzienlijk hoger is dan de eerder geaccepteerde waarde van 3 ppb.

Als de lithium-abundantie in metaalarme sterren inderdaad hoger is dan eerder werd gedacht, zou dit een oplossing kunnen bieden voor het kosmologische lithiumprobleem. Dit zou betekenen dat het BBN-model klopt en dat het lithium dat tijdens de oerknal werd geproduceerd, niet door daaropvolgende processen werd vernietigd.

Het is echter belangrijk op te merken dat de overvloed aan lithium in metaalarme sterren nog steeds ter discussie staat. Verdere studies zijn nodig om de resultaten van Asplund et al. te bevestigen. (2016) en om te bepalen of het kosmologische lithiumprobleem kan worden opgelost.

Stellaire evolutie en lithiumuitputting

Een van de mogelijke oplossingen voor het kosmologische lithiumprobleem is dat een deel van het lithium dat tijdens de oerknal werd geproduceerd, werd vernietigd door de evolutie van sterren. Wanneer sterren waterstof verbranden, produceren ze lithium als bijproduct. Naarmate sterren evolueren, vernietigen ze echter ook lithium via een proces dat 'Li-burning' wordt genoemd.

De snelheid waarmee sterren lithium vernietigen hangt af van een aantal factoren, zoals de massa van de ster en zijn metalliciteit. Massievere sterren vernietigen lithium sneller dan sterren met een lagere metalliciteit, en sterren met hogere metalliciteiten vernietigen lithium sneller dan sterren met lagere metalliciteiten.

Als gevolg van de evolutie van sterren neemt de hoeveelheid lithium in het universum in de loop van de tijd af. Dit betekent dat de oudste sterren in het universum de laagste lithium-abundanties hebben.

De effecten van rotatie en magnetische velden

De effecten van stellaire rotatie en magnetische velden kunnen ook de overvloed aan lithium in sterren beïnvloeden. Rotatie- en magnetische velden kunnen mengzones in sterren creëren, die lithium van het oppervlak van de ster naar het binnenland kunnen transporteren, waar het kan worden vernietigd.

Als gevolg van rotatie en magnetische velden neemt de hoeveelheid lithium in sterren af ​​naarmate de rotatiesnelheid en de magnetische veldsterkte toenemen. Dit betekent dat de jongste en snelst roterende sterren de laagste lithium-abundantie hebben.

De aanwezigheid van onzichtbare binaire metgezellen

De aanwezigheid van onzichtbare dubbelsterren kan ook de overvloed aan lithium in sterren beïnvloeden. Dubbelsterren kunnen met elkaar interageren via getijdenkrachten, waardoor de sterren massa kunnen uitwisselen. Als een van de sterren in een dubbelstersysteem een ​​lithiumrijke ster is, kan de overdracht van massa van deze ster naar de andere ster de lithium-abundantie van de andere ster vergroten.

Als gevolg van de aanwezigheid van onzichtbare dubbelsterren kan de overvloed aan lithium in sterren groter zijn dan verwacht. Dit betekent dat het kosmologische lithiumprobleem kan worden opgelost als een aanzienlijk deel van de metaalarme sterren onzichtbare dubbelsterren heeft.

Conclusie

Het kosmologische lithiumprobleem is een complex probleem dat nog niet volledig wordt begrepen. Er zijn een aantal mogelijke oplossingen voor het probleem, en het is waarschijnlijk dat de echte oplossing een combinatie van factoren is. Verder onderzoek is nodig om de exacte oorzaak van het kosmologische lithiumprobleem vast te stellen en een oplossing te vinden die consistent is met alle waarnemingsgegevens.