Astronomen die ESO's Very Large Telescope gebruiken, denken dat ze een oplossing hebben gevonden voor de 'kosmologische lithiumdiscrepantie'. De onderzoekers ontdekten dat deze sterren de juiste hoeveelheid lithium bevatten, het wordt gewoon in de sterren gemengd en zakt uit het zicht van onze telescopen. Waarom deze menging plaatsvindt, is nog steeds een raadsel.
Door een reeks sterren in een bolhoop te analyseren met ESO's Very Large Telescope, hebben astronomen mogelijk de oplossing gevonden voor een kritisch kosmologisch en stellair raadsel. Tot nu toe was een gênante vraag waarom de overvloed aan lithium geproduceerd in de oerknal een factor 2 tot 3 keer hoger is dan de waarde gemeten in de atmosfeer van oude sterren. Het antwoord ligt volgens de onderzoekers in het feit dat de hoeveelheid elementen die in de atmosfeer van een ster wordt gemeten, met de tijd afneemt.
"Dergelijke trends worden voorspeld door modellen die rekening houden met de verspreiding van elementen in een ster", zegt Andreas Korn, hoofdauteur van de paper die de resultaten rapporteert in het nummer van deze week van het tijdschrift Nature [1,2]. 'Maar een observatiebevestiging ontbrak. Dat wil zeggen, tot nu toe. '
Lithium is een van de weinige elementen die in de oerknal zijn geproduceerd. Zodra astronomen de hoeveelheid gewone materie in het heelal kennen [3], is het vrij eenvoudig om af te leiden hoeveel lithium in het vroege heelal is gemaakt. Lithium kan ook worden gemeten in de oudste, metaalarme sterren, die zijn gevormd uit materie die lijkt op het oermateriaal. Maar de kosmologisch voorspelde waarde is te hoog om te rijmen met de metingen in de sterren. Er is iets mis, maar wat?
Het is bekend dat diffusieve processen die de relatieve overvloed aan elementen in sterren veranderen, een rol spelen in bepaalde klassen van sterren. Onder invloed van de zwaartekracht zullen zware elementen in de loop van miljarden jaren de neiging hebben om uit het zicht te verdwijnen in de ster.
"De effecten van diffusie zullen naar verwachting sterker zijn bij oude, zeer metaalarme sterren", zei Korn. "Gezien hun hogere leeftijd heeft diffusie meer tijd gehad om aanzienlijke effecten te produceren dan bij jongere sterren zoals de zon."
De astronomen hebben dus een waarnemingscampagne opgezet om deze modelvoorspellingen te testen, waarbij ze verschillende sterren in verschillende evolutiestadia in de metaalarme bolhoop NGC 6397 bestuderen. Bolhoopclusters [4] zijn in dit opzicht nuttige laboratoria, aangezien alle sterren ze bevatten dezelfde leeftijd en initiële chemische samenstelling. Verwacht wordt dat de diffusie-effecten zullen variëren met het evolutionaire stadium. Daarom zijn gemeten trends in atmosferische overvloed met evolutionair stadium een kenmerk van diffusie.
Achttien sterren werden tussen 2 en 12 uur geobserveerd met de multi-object spectrograaf FLAMES-UVES op ESO's Very Large Telescope. De FLAMES-spectrograaf is bij uitstek geschikt omdat astronomen hierdoor spectra van veel sterren tegelijk kunnen verkrijgen. Zelfs in een nabijgelegen bolhoop zoals NGC 6397 zijn de niet-geëvolueerde sterren erg zwak en vereisen vrij lange belichtingstijden.
De waarnemingen laten duidelijk systematische overvloedtrends zien langs de evolutionaire sequentie van NGC 6397, zoals voorspeld door diffusiemodellen met extra menging. De in de atmosfeer van oude sterren gemeten hoeveelheden zijn dus strikt genomen niet representatief voor het gas waaruit de sterren oorspronkelijk zijn gevormd.
"Zodra dit effect is gecorrigeerd, komt de overvloed aan lithium gemeten in oude, niet-geëvolueerde sterren overeen met de kosmologisch voorspelde waarde", zei Korn. "De kosmologische lithiumdiscrepantie wordt dus grotendeels verwijderd."
'De bal ligt nu in het kamp van de theoretici', voegde hij eraan toe. 'Ze moeten het fysieke mechanisme identificeren dat aan de basis ligt van het extra mengen.'
Opmerkingen
[1]: "Een waarschijnlijke stellaire oplossing voor de kosmologische lithiumdiscrepantie", door A.J. Korn et al.
[2]: Het team bestaat uit Andreas Korn, Paul Barklem, Remo Collet, Nikolai Piskunov en Bengt Gustafsson (Uppsala University, Zweden), Frank Grundahl (University of Aarhus, Denemarken), Olivier Richard (Università © Montpellier II, Frankrijk ), en Lyudmila Mashonkina (Russian Academy of Science, Rusland).
[3]: Uiterst nauwkeurige metingen van het materie-gehalte van het heelal zijn de afgelopen jaren gedaan door de kosmische microgolfachtergrond te bestuderen.
[4]: Bolvormige sterrenhopen zijn grote groepen sterren; er zijn er meer dan 100 bekend in ons sterrenstelsel, de Melkweg. De grootste bevatten miljoenen sterren. Ze behoren tot de oudste objecten die in het heelal zijn waargenomen en werden vermoedelijk gevormd rond ongeveer dezelfde tijd als de Melkweg, een paar honderd miljoen jaar na de oerknal.
Oorspronkelijke bron: ESO-persbericht
