Komplekse lys metall mysterium: hvor i rommet er så mye litium?

I dag er Li er overalt. Tilbake i midten av det 19. århundre, dette myke, sølv-hvit metall ble kur. Leger behandlet sin psykiske lidelse som mania. Selv i dag, dette metallet er brukt som medisin for bipolar lidelse. Men for mange mennesker, litium har også blitt et synonym av batterier og akkumulatorer. Dette er en viktig ingrediens, takk som mobiltelefoner, bærbare datamaskiner og andre bærbare enheter. Med utviklingen av hybrid-og elbiler, markedet for dette metallet er bare økende; innen 2025, det vil tredoble i volum, vurdere i Goldman Sachs.

De Fleste av verdens reserver av litium er i Sør-Amerika, og det meste i sedimentene under den tørre innsjøer i høy Andean regioner. Men Li har vært her mye lenger enn noen fjellet eller til og med selve Jorden. Videre, litium er en av de første elementene, sammen med hydrogen og helium — som dukket opp i the Big Bang med 13,8 milliarder år siden.

Historien av litium er lang og innhyllet i mystikk. I perioden etter Big Bang, de fleste av utdannede litium mangler. Videre, når moderne astronomer se på Universet, finner de mer litium: omtrent fire ganger mer enn det bør vises i Big Bang.

Mer enn ti år har forskere prøvd å finne ut av hvor denne ekstra litium. Og takk til de nyeste funnene søk etter den mystiske kosmiske fabrikker for produksjon av litium kan endelig være ferdig.

I verdensrommet mer enn litium ble opprettet i løpet av Big Bang

Det Oksygenet vi puster og jern i blodet ditt — de fleste av elementene i kroppen ble smidd i den kjernefysiske ovner av stjerner. Så sa astronomen Carl Sagan, "vi er laget av star ting."

Og alle tyngre elementer — som Titan, som ofte brukes i sykler, krever noe mer og mer voldelig. De fleste av dem ble produsert i den kjernefysiske reaksjoner under den eksplosive dødsfall av massive stjerner. Noen metaller som gull, kan ha vært født i sterk kollisjoner av nøytron stjerner, super tette kjerner av døde stjerner.

Men de grunnleggende elementene som ble gjort i de første tre minutter etter Big Bang. Tidlige universet var en varm suppe av plasma, og som kjøling og utvidelse koagulirovat hun var for det meste i form av atomer av hydrogen og helium, de to enkleste og mest tallrike elementer, kjernen som består av én og to protoner hhv.

The Big Bang også produsert spor av en tung versjon av hydrogen — deuterium, kjernen som innebærer en ekstra nøytron i stedet for et enkelt proton og en lettere versjon av helium, kjernen som består av ett nøytron i stedet for to. Også the Big Bang venstre bak en liten mengde litium.

Det er alt. Etter tre minutter universet er for kaldt til å danne andre elementer.

Selv om dette skjedde med 13,8 milliarder år siden, forskere vet og forstår kjernefysisk reaksjon som produserte disse første elementene. Satellitter som WMAP og Planck har gjennomført nøyaktige målinger av det tidlige Univers og tillatt forskere å beregne nøyaktig hvor mye som skal være laget av hvert element, og trauma.

Noen metaller kan være født i prosessen av kollisjoner av nøytron stjerner

Men når forskerne sammenlignet med deres beregninger med det du ser, er ikke alle det samme. "Deuterium er i orden. Helium også," sier Brian felt, en astrofysiker ved University of Illinois i Usa. "Bare Li slått ut".

Og skiller seg ut veldig mye. Litium tre ganger mer enn det bør være, og dette avviket kalles "primære litium problem". For første gang mangler litium cosmologists lagt merke til 20 år siden, og siden da prøver å finne en passende forklaring.

Kanskje, forskerne foreslår, noen ukjente prosesser i stjerner ødelagt den gamle Li. Eller forklaring kan omfatte en helt ny fysikk. For eksempel, samhandling med mørk materie, et ukjent stoff som utgjør en fjerdedel av plass, noe som kunne ødelegge litium i det tidlige Universet.

Selv om det i tidligere alder, ser det ut til at litium manglet, i moderne plass, er det selv for mye. Astronomer har oppdaget en relativt rikelig mengde litium på overflaten av unge stjerner som har dannet relativt nylig, og også meteorer i solsystemet. Det er omtrent fire ganger mer enn litium ble produsert i Big Bang — i galaksen det ville samle opp til 150 solmasser.

Det Må være noe som har produsert denne overflødig litium og spredt det ut i verdensrommet, hvor han etter hvert ble involvert i den gryende solsystemet og milliarder av år senere, i batteriet på mobiltelefonen. Det eneste spørsmålet er det?

Mørk materie forblir mystisk

Ett av alternativene — kosmiske stråler med høy energi partikler, for det meste protoner, som trenge plass. I prosessen kosmiske stråler kan møte den vandrende atomer, slik som oksygen. Dette kollisjon ødelegger oksygen atom stykker, snu den til en strøm av små elementer, inkludert litium.

Selv om prosessen er mer sannsynlig å skje på tvers av galaksen, sier felt, beregninger viser at disse kollisjoner kan ikke forklare mer enn 20% av den observerte litium. En annen 20% kan være assosiert med the Big Bang. 60% forble uten forklaring.

En Del av de 60% kan komme fra en vissen type stjerners kalles en asymptotiske gren giants (AUG). Det stjerner og vekt — ikke mer enn 10 solenergi — som har nesten kjøre sine kurs. Kjernefysiske reaksjoner inne i disse stjernene produsere litium, som kan stige til overflaten. Det er uklart hvor mye litium er kastet ut og er fordelt over hele galaksen.

Og det er mer stellar eksplosjoner, kalt ny. I motsetning til supernovae, de er større og sterkere motstykker, den nye er ikke en direkte følge av drapene på stjerner. Disse mer moderate eksplosjoner oppstår på overflaten av en hvit dverg, en liket av en stjerne som Sola.

To tette hvit dverg

Hvis hvit dverg er i bane rundt en annen stjerne, alvoret av en hvit dverg kan plukke opp hydrogen og andre materialer med din partner. Lag av materiale som samler seg på overflaten av en hvit dverg. Dette fører til en økning av temperatur og trykk som til slutt fører til kjernefysisk fusjon og kjernefysiske reaksjoner som produserer litium.

Kjernefysisk fusjon ytterligere øker temperaturen, noe som fører til et større antall av termonukleære reaksjoner. Veldig snart lag av materiale burst, som er på Jorden se en lysende stjerne: supernova.

I eksplosjonen materiale — inkludert Li — slynges ut i verdensrommet med hastigheter på flere tusen kilometer per sekund. Derfor, det nye materialet er bedre fordelt enn stjernene AUG, Lukas sier Izzo, astronom ved Institutt for astrofysikk av Andalucía i Spania.

For mange år, astronomer har prøvd å finne ut hvilke av disse tre prosessene — kosmiske stråler, stjerner AUG eller nye stjerner — kan produsere de fleste av litium. "Vi vet at alle disse prosessene sikkert produsere litium, sier felt. "Spørsmålet er om de produsere de samme eller noen råder? Diskusjon på dette temaet har pågått i svært lang tid."

Snakker av nye, forskere første tenkte på dem som potensielle litium fabrikker rundt 40 år siden. På midten av 1990-tallet ble det gjennomført nøyaktige beregninger som støttet denne hypotesen, men likevel er det fortsatt rent teoretisk, ikke bekreftet av observasjoner. I mange år kunne ingen se produksjonen av litium ved hjelp av en ny stjerne. Men i begynnelsen av 2015 dette har endret seg.

Bevæpnet med nye avanserte verktøy og metoder, to grupper av astronomer i Japan og Europa endelig oppdaget litium i på nytt. Dette funnet ikke bare bekreftet at den nye produserer litium, men de gjør dette svært smart — kanskje nok til å forklare med deres hjelp, en stor del av den galaktiske litium.

"Resultatene når jeg så dem, var helt utrolig, sier Sumner starfield, en astrofysiker ved University of Arizona, en av de første som begynte å studere produksjonen potensialet til litium i ny i slutten av 1970-tallet.

I 2015, ledet av Akito Tajitsu fra National astronomical Observatory of Japan fant beryllium i den nye stjernen. Det var et sikkert tegn på at den nye produsere litium, beryllium forfaller fordi det er på Li.

Etter et par måneder, Izzo og hans team publisert en studie som direkte oppdaget litium i andre nye. Tidlig i 2016 gruppe Tajitsu oppdaget beryllium i to stjerner (en av dem ble kalt V5668). I det samme året, Izzo sammen med forskere under ledelse av Paolo Molaro av Trieste Astronomisk Observatorium i Italia bekreftet påvisning av beryllium i V5668.

Dette er en av totalt fire nye stjerner som viser tegn på litium produksjon, en som ble bekreftet av to uavhengige grupper. "Eksperter i spektroskopi har også fått lignende resultater, sier Jordi Jose, astrofysiker ved det Tekniske Universitetet i Catalonia i Spania. "Dette er for noe, Ja taler."

"De klart å ta en ny en i prosessen umiddelbart etter eksplosjonen, og de var i stand til å måle det materialet som ble kuttet av direkte, sier felt. "Tonnevis av litium".

Faktisk, sier Izzo, en ny stjerne, etter å ha sett laget sitt produsere så mange litium at to lignende start på året kunne skape en helhet observert i galaxy litium. Dette er en foreløpig vurdering, og astronomene må lære om de andre nye stjerner for å sjekke og bekrefte målinger.

Imidlertid noen data er god. "Ved hjelp av disse målingene, begynner vi å undersøke sannheten," sier felt. Forskere som Starfeld og Jose, teoretikere som i flere tiår har sultet uten data nå planlegger å gjenta sine beregninger og modeller og sammenlign dem med nye observasjoner. "Når spillet har startet, sier Jose.

Neste, forskere vil være i stand til å bekrefte dagens modell ny og nøyaktig hvor mye litium de spyr. Basert på tidligere modeller, forskere som Jose har anslått at de nye kan dekke opp til halvparten av litium er ikke produsert av Big Bang. Men med nye observasjoner, sier han, og nye kan produsere opp til 80% resirkulert litium.

Å være klart, dette fungerer ikke løse problemet med primær litium — gåten om hvorfor de tidlige Universet hadde så lite av dette metall. Men nye funn kommer.

"nå har vi en bedre forståelse av sekundære prosesser for produksjon av litium — som levende og døde stjerner er å gjøre det — det hjelper oss til å avdekke historien av litium i vår galakse, hvor det ble født, og på hvilket punkt i bildet ble lagt nyeste kilder av litium, sier feltene.

Forskere håper å avdekke den fulle historien om denne ydmyke metall, utenvår teknologi. Bare tenk: det er en lang vei, sammen med hydrogen og oksygen var den letteste og så viktig for oss metall.