Ein schwieriges Puzzle Leichtmetall: Woher im Kosmos so viel Lithium?

Heutzutage Lithium gibt es überall. In der Mitte des 19 dieses weiches, silbrig-weißes Metall Medikation war. Ärzte behandelten mit seiner Hilfe psychiatrische Erkrankungen wie Manie. Auch heute ist dieses Metall dient als ein Heilmittel für die bipolare Störung. Aber für viele Menschen auch Lithium wurde zum Synonym für Batterien und Akkus. Dies ist ein wichtiger Inhaltsstoff, durch die arbeiten Ihre Handys, Laptops und andere tragbare Geräte. Mit der Entwicklung der Hybrid-und Elektrofahrzeuge, Markt dieses Metalls nur wachsen; bis zum Jahr 2025 verdreifachen (in den Bänden, glauben an Goldman Sachs.

Ein Großer Teil der weltweiten Reserven von Lithium liegt in Südamerika und zum größten Teil in den Sedimenten unter den trockenen Seen im Hochland der Anden. Aber Lithium gab es hier viel länger, als jeder Berg oder sogar die Erde selbst. Darüber hinaus li ist eine der ursprünglichen, primären Elemente — zusammen mit Wasserstoff und Helium — die erst im Urknall 13,8 Milliarden Jahren.

Die Geschichte des Lithium-langer und geheimnisumwittert. In der Zeit nach dem Urknall der größte Teil der gebildeten Lithium vermisst. Darüber hinaus, wenn die Astronomen schauen auf das heutige Universum, finden Sie einen zusätzlichen Lithium: etwa viermal größer als Sie war in der Folge Big Bang Theory.

Mehr als zehn Jahre haben Wissenschaftler versucht herauszufinden, Woher dieser zusätzliche Lithium. Und Dank der jüngsten Entdeckungen der Suche nach der geheimnisvollen kosmischen Fabriken für die Herstellung von Lithium kann endlich abgeschlossen werden.

Im Weltraum mehr Lithium als wurde im Laufe der Urknall

Sauerstoff, die wir atmen, und das Eisen in Ihrem Blut — die meisten Elemente in Ihrem Körper geschmiedet wurden öfen in kerntechnischen Sternen. Wie sagte der Astronom Carl Sagan, «wir sind aus stellaren Materials».

Und doch schwerer Elemente — wie der Titan, die Häufig in Fahrrädern, — erfordern etwas mehr Brutalität. Die meisten von Ihnen wurden in Kernreaktionen während der Explosive Tod von massiven Sternen. Einige Metalle — wie Gold, vielleicht waren geboren in starken Kollisionen von Neutronensternen, сверхплотных Kerne von Toten Sternen.

Aber die grundlegenden Elemente wurden in den ersten drei Minuten nach dem Urknall. Das frühe Universum war heißer Suppe aus dem Plasma, und, wie es abkühlt und erweitern Sie коагулировала meist in Form von Atomen von Wasserstoff und Helium, die beiden einfachsten und am häufigsten verwendeten Elemente, deren Kerne bestehen aus einem oder zwei Protonen entsprechend.

Der Urknall produzierte auch die Spuren der schweren Version des Wasserstoff — Deuterium — Kern dessen in sich trägt, ein zusätzliches Neutron als nur über Protonen — und eine einfachere Version von Helium, deren Kern die enthält ein Neutron, und nicht zwei. Auch die Große Explosion hinterließ kleine Mengen Lithium.

Das ist alles. Nach drei Minuten das Universum zu kalt, um andere Elemente gebildet.

Und obwohl dies passiert ist 13,8 Milliarden Jahre zurück, die Wissenschaftler sind perfekt und Kernreaktionen verstehen, die diese ersten produzierten Elemente. Satelliten wie WMAP und Planck verwirklichten genaue Messungen des frühen Universums und haben es Wissenschaftlern, genau zu berechnen, wie viel bewirkt werden sollte jedes Element und Isotop.

Einige Metalle konnten geboren und in den Prozess der Kollision von Neutronensternen

Aber wenn die Wissenschaftler vergleichen Ihre Berechnungen mit dem, was man beobachtet, ist nicht alles identisch. «Deuterium ist in Ordnung. Helium ist auch», sagt Brian fields, Astrophysiker an der University of Illinois in den USA. «Nur Lithium herausquillt».

Und hebt sich sehr stark. Lithium-dreimal mehr als benötigt werden, und diese Divergenz genannt «das Problem der primären Lithium». Zum ersten mal das fehlende Lithium Kosmologen bemerkt vor 20 Jahren und seitdem versuchen passende Erklärung.

Vielleicht, vermuten die Wissenschaftler, einige unbekannte Prozesse im inneren von Sternen zerstört alte li. Oder eine Erklärung enthalten kann, eine völlig neue Physik. Z. B. Wechselwirkungen mit der dunklen Materie, einer unbekannten Substanz, ist ein Viertel von dem des Kosmos, irgendwie zerstören konnten Lithium im frühen Universum.

Und obwohl in den frühen Zeiten, es scheint, Lithium fehlte, in einem modernen Raum ihn selbst zu viel. Astronomen haben einen relativ reichliche Mengen von Lithium auf der Oberfläche von Jungen Sternen, die sich vor relativ kurzer Zeit, in Meteora und auch im Sonnensystem. Es gibt etwa viermal mehr Lithium als produziert wurde im Urknall — in der Galaxie sein насобиралось würde auf 150 Sonnenmassen.

Sollte etwas sein, was hat das überschüssige Lithium und разбросало es in den Raum, wo es allmählich, sich in die aufkeimenden Sonnensystem und Milliarden Jahre später in der Batterie Ihres Mobiltelefons. Die Frage ist nur, was?

Dunkle Materie bleibt geheimnisvoll

Eine der Optionen — die kosmischen Strahlen: energiereiche Teilchen, meist Protonen, die den Kosmos durchdringen. Im Zuge dieser kosmischen Strahlen ausgesetzt sind, mit wandernden Atomen, z.B. Sauerstoff. Dieser Kampf zerstört Sauerstoff-Atom in Stücke, verwandelte Sie in einen Strom von kleinen Elementen, einschließlich Lithium.

Obwohl dieser Prozess wahrscheinlich passiert durch die Galaxis, sagt fields, Berechnungen zeigen, dass diese Auseinandersetzungen erklären können nicht mehr als 20% der beobachteten Lithium. Weitere 20% verknüpfen Sie mit einem Großen Knall. 60% bleibt ohne Erklärung.

Ein Teil dieser 60% kann ausgehen von einer bestimmtenArten von Sternen, die sogenannten asymptotischen Zweig Giants (AUG). Das sind die Sterne mit kleinen und mittleren Masse — nicht mehr als 10 Solar — die schon fast veraltet gewesen sein. Die Kernreaktionen im inneren dieser Sterne produzieren Lithium, die dann an die Oberfläche steigen. Unklar ist nur, wie viel Lithium geworfen und erstreckt sich über die gesamte Galaxie.

Und es gibt noch die sternexplosionen, die als neue. Im Gegensatz zu Supernovae, deren größere und leistungsstarke analoge, neue sind nicht direkte Folge der Todesfälle von Sternen. Diese eher moderaten Explosionen treten auf der Oberfläche des weißen Zwergs, der kleinen Leiche Star Typ der Sonne.

Zwei dichten weißen Zwerg

Wenn ein weißer Zwerg entpuppt sich in der Umlaufbahn eines anderen Sterns, die Schwerkraft des weißen Zwerges kann, holt Wasserstoff und andere Materialien bei Ihrem Partner. Die Schichten des Materials sammeln sich auf der Oberfläche des weißen Zwergs. Dies führt zum Anstieg von Temperatur und Druck, was letztlich verursacht Kernfusion und die Kernreaktionen, die Herstellung von Lithium.

Kernfusion die Temperatur weiter erhöht, was zu einer größeren Anzahl von thermonuklearen Reaktionen. Sehr bald Materialschichten explodieren, was auf der Erde sehen einen hellen Stern wie: eine Supernova.

In einer Explosion Material — einschließlich Lithium — geworfen in den Weltraum mit einer Geschwindigkeit von mehreren tausend Kilometern pro Sekunde. Also neue bessere Material gelten als die Sterne, AUG, sagt Luca Иццо, Astronomen des Instituts für Astrophysik von Andalusien in Spanien.

Seit vielen Jahren die Astronomen versuchten zu bestimmen, welcher dieser drei Prozesse — die kosmischen Strahlen, die Sterne, AUG oder neue Sterne — produzieren den größten Teil des Lithiums. «Wir wissen, dass all diese Prozesse auf jeden Fall produzieren Lithium», sagt fields. «Die Frage ist, ob Sie ihn produzieren gleich oder etwas überwiegt? Der Streit über dieses Thema wird schon sehr lange».

Apropos neue, dachten die Wissenschaftler zum ersten mal über Sie wie über mögliche Lithium-Fabriken vor etwa 40 Jahren. In der Mitte der 1990er Jahre wurden die genauen Berechnungen, die stützten diese Hypothese, aber es bleibt immer noch eine rein theoretische, nicht bestätigten Beobachtungen. Viele Jahre konnte niemand sehen, eine Produktion von Lithium mit Hilfe der neuen Sterne. Aber zu Beginn des Jahres 2015 hat sich dies geändert.

Bewaffnet mit neuen erweiterten Tools und Methoden, zwei Gruppen von Astronomen in Japan und Europa, schließlich fanden in den neuen Lithium. Diese Entdeckung nicht nur bestätigt, dass die neuen wirklich produzieren Lithium, sondern dass Sie es tun sehr schnell — vielleicht genug, um zu erklären, mit Ihrer Hilfe einen großen Teil der galaktischen Lithium.

«Ergebnisse, wenn ich Sie sah, waren ganz erstaunlich», sagt Sumner Старфилд, Astrophysiker der University of Arizona, einer der ersten, die begann zu studieren das Potenzial der Produktion von Lithium im neuen in den späten 1970er Jahren.

Und hier ist im Jahr 2015 die Gruppe unter der Leitung von Akito Тадзицу von der National Astronomical Observatory von Japan fand Beryllium im neuen Stern. Es war ein untrügliches Zeichen, dass die neuen produzieren Lithium, da Beryllium zerfällt gerade auf li.

Nach ein paar Monaten Иццо und sein Team veröffentlichte Studie, in der direkt entdeckt Lithium in einem anderen neuen. Anfang 2016 Gruppe Тадзицу öffnete Beryllium noch in zwei Sternen (einer von Ihnen hieß V5668). Im selben Jahr Иццо zusammen mit Wissenschaftlern unter der Leitung von Paolo Моларо aus dem Astronomischen Observatorium von Triest in Italien bestätigte die Entdeckung Beryllium in V5668.

Es handelt sich um insgesamt vier neue Sterne mit den Merkmalen der Produktion von Lithium, von denen einer bestätigt wurde von zwei unabhängigen Teams. «Spektroskopie-Experten haben auch ähnliche Ergebnisse», sagt Jordi Jose, Astrophysiker der Technischen Universität von Katalonien in Spanien. «Es ist schon etwas sagt ja».

«Sie hat geschafft, neue im Laufe der Arbeit sofort nach der Explosion und Sie konnten das Material, die ausgestoßen wurde direkt», sagt fields. «Tonnen Lithium».

In der Tat, sagt Иццо, ein neuer Stern, das beobachtete sein Team, produziert so viele Lithium -, dass zwei ähnliche im neuen Jahr konnten die in einer Galaxie beobachtbaren Lithium. Dies ist eine vorläufige Einschätzung, und Astronomen studieren müssen andere neue Sterne, zu präzisieren und bestätigen die Messung.

Dennoch alle Daten sind von Vorteil. «Mit diesen Dimensionen beginnen wir prüfen die Wahrheit», sagt fields. Wissenschaftler wie Старфилда und Jose, die Theoretiker, die zig Jahre ohne hungern Daten, planen jetzt wiederholen Sie Ihre Berechnungen und Modelle und vergleichen Sie Sie mit den neuen Beobachtungen. «Nun begann das Spiel», sagt Jose.

Weiter bestätigen Wissenschaftler in der Lage, die aktuellen Modelle arbeiten neue und, genau zu bestimmen, wie viel Lithium Sie ausbrechen. Basierend auf den bisherigen Modellen, die Wissenschaftler wie José schätzen, dass die neuen decken können bis zur Hälfte des Lithiums, nicht produziert Urknall. Aber mit den neuen Beobachtungen, sagt er, neue produzieren können bis zu 80% recycelten Lithium.

Damit war klar, diese Arbeit nicht lösen das Problem der primären Lithium — Rätsel, warum im frühen Universum war so wenig von diesem Metall. Aber neue Entdeckungen kommen.

«Da wir jetzt besser verstehen sekundäre Prozesse der Produktion von Lithium — als lebende und tote Sterne es tun — es hilft uns, zu entwirren die Geschichte des Lithiums in unserer Galaxie, wie es geboren war und an welchem Punkt Bild zu Stahl Hinzugefügt werden, um die neuesten Lithium-Quellen», sagt fields.

Wissenschaftler hoffen, offenbaren die ganze Geschichte dieses bescheidenen Metall, ohnedie können nicht unsere Technologien. Man denke nur: was für einen langen Weg, zusammen mit Wasserstoff und Sauerstoff, ging diese federleichte und dies ist für uns ein wichtiges Metall.