Komplexa ljus metall mysterium: var i rymden finns så mycket litium?

Numera Li är överallt. Tillbaka i mitten av 19th century, det mjuka, silver-vit metall var botemedlet. Läkare som behandlade sin psykiska störning som mani. Även idag, denna metall används som medicin för bipolär sjukdom. Men för många människor, litium har också blivit en synonym för batterier och ackumulatorer. Detta är en viktig ingrediens, och tack vare era telefoner, bärbara datorer och andra bärbara enheter. Med utvecklingen av hybrid-och elbilar, marknaden av denna metall är bara växer; 2025, kommer det tredubbla i volym, anser Goldman Sachs.

De Flesta av världens reserver av litium i Sydamerika och främst i sediment under torra sjöar i de höga Anderna regioner. Men Li har varit här mycket längre än alla berg eller ens själva Jorden. Dessutom, litium är ett av de första delarna, tillsammans med väte och helium — som dök upp i Big Bang, för cirka 13,8 miljarder år sedan.

Den Historia av litium är lång och höljd i dunkel. I perioden efter Big Bang, majoriteten av utbildade litium saknas. Dessutom, när moderna astronomer ser på Universum, de hittar mer litium: cirka fyra gånger mer än den bör för att visas i the Big Bang.

För Mer än tio år har forskare försökt att räkna ut var detta extra litium. Och tack vare de senaste upptäckterna söka efter de mystiska kosmiska fabriker för produktion av litium kan äntligen vara klar.

I rymden mer än litium skapades vid Big Bang

Det Syre som vi andas och järn i blodet — de flesta av de delar i kroppen som smiddes i kärntekniska ugnar av stjärnor. Som sagt astronomen Carl Sagan, "vi är gjorda av stjärnor saker."

Och alla tyngre grundämnen — som Titan, som ofta används för cyklar, kräver något mer våldsamma. De flesta av dem var gjorda i den nukleära reaktioner under den explosiva dödsfall av massiva stjärnor. Vissa metaller som guld, kan ha varit född i stark kollisioner av neutronstjärnor, super mörka kärnor av döda stjärnor.

Men den grundläggande element som gjordes under de första tre minuter efter Big Bang. Tidiga universum var en varm soppa av plasma, och som kyl-och expansion koagulirovat hon var mest i form av atomer som väte och helium, de två enklaste och mest förekommande element, vars kärna består av en och två protoner respektive.

The Big Bang produceras också spår av en tung version av väte — deuterium, kärnan av den som bedriver en extra neutron i stället för en enda proton och en lättare version av helium kärna består en neutron i stället för två. Även Big Bang kvar en liten mängd av litium.

Det är allt. Efter tre minuter universum är för kallt för att bilda andra element.

även om detta hände för cirka 13,8 miljarder år sedan, forskare vet och förstår nukleär reaktion som producerade dessa första element. Satelliter som WMAP och Planck har genomfört noggranna mätningar av det tidiga Universum och tillät forskarna att beräkna exakt hur mycket som ska göras av varje element och isotop.

Vissa metaller kan vara född i processen av kollisioner av neutronstjärnor

Men när forskarna jämförde deras beräkningar med vad du ser, inte alla samma. "Deuterium är i sin ordning. Helium också", säger Brian fält, en astrofysiker vid Universitetet i Illinois i Usa. "Bara Li slog ut".

Och sticker ut väldigt mycket. Litium-tre gånger mer än den borde vara, och denna skillnad kallas för "primära litium problem". För första gången saknas litium kosmologer märkte 20 år sedan och att försöka hitta en lämplig förklaring.

Kanske, forskarna antyder, några okända processer i stjärnor förstörde den antika Li. Eller förklaring kan omfatta en helt ny fysik. Till exempel, interaktion med mörk materia, ett okänt ämne som utgör en fjärdedel av utrymmet, på något sätt kan förstöra litium i det tidiga Universum.

även om det i tidigare åldrar, det verkar som litium saknades, i moderna rymden, det är till och med för mycket. Astronomer har upptäckt en relativt riklig mängd litium på ytan av unga stjärnor som har bildats relativt nyligen och även meteorer i solsystemet. Det är ungefär fyra gånger mer än litium producerades i Big Bang — i galaxy-det skulle samla upp till 150 solmassor.

Det Måste vara något som producerade detta överskott litium och strödde det i rymden, där han så småningom blev inblandade i den framväxande Sol-systemet och miljarder år senare, i batteriet på din mobiltelefon. Den enda frågan är?

Mörk materia är fortfarande mystisk

En av de val kosmiska strålar energirika partiklar, mestadels protoner, som tränger in i utrymmet. I processen kosmiska strålar kan stöter på vandrande atomer, som till exempel syre. Denna kollision förstör syre atom bitar, forma det till en ström av små delar, bland annat litium.

Även om processen är mer sannolikt att uppstå över hela galaxen, säger fält, beräkningar visar att dessa kollisioner kan inte förklara mer än 20% av den observerade litium. Ytterligare 20% kan vara i samband med Big Bang. 60% kvar utan förklaring.

En Del av de 60% som skulle kunna komma från en vissen typ av stjärna som kallas en asymptotisk gren jättar (AUG). Det stjärnor och vikt — inte mer än 10 sol — som har nästan köra sin kurs. Kärnreaktioner inuti dessa stjärnor producera litium, vilket kan stiga till ytan. Det är oklart hur mycket litium matas ut och är utspridda i hela galaxen.

Och det finns fler stjärnexplosioner, som kallas nya. Till skillnad från supernovor, de större och mer kraftfulla motsvarigheter, de nya är inte en direkt följd av dödsfall av stjärnor. Dessa mer måttlig explosioner uppstå på ytan av en vit dvärg, en liket av en stjärna som liknar Solen.

Två tät vit dvärg

Om den vita dvärgen är som kretsar kring en annan stjärna, vikten av en vit dvärg som kan plocka upp vätgas och andra material med din partner. Lager av material ackumuleras på ytan av en vit dvärg. Detta leder till en ökning av temperatur och tryck som i slutändan leder till kärnfusion och nukleära reaktioner som producerar litium.

Kärnfusion ytterligare ökar temperaturen, vilket leder till ett större antal termonukleära reaktioner. Mycket snart, de lager av material som brast, som är på Jorden ser en ljus stjärna: supernova.

I blast material — inklusive Li — skjuts ut i rymden i en hastighet på flera tusen kilometer per sekund. Därför måste det nya materialet fördelas bättre än stjärnorna AUG, Lukas säger om Izzo, direktör för Institutet för astrofysik i Andalusien i Spanien.

Under många år har astronomer har försökt att avgöra vilken av dessa tre processer — kosmiska strålar, stjärnor AUG eller nya stjärnor — kan producera de flesta av litium. "Vi vet att alla dessa processer verkligen producera litium, säger fält. "Frågan är om de produkter de samma eller något företräde? Diskussionen om detta ämne har pågått under en mycket lång tid."

På Tal om nya, forskare först tänkte på dem som potentiella litium fabriker för cirka 40 år sedan. I mitten av 1990-talet genomfördes noggranna beräkningar som stöd för denna hypotes, men att det fortfarande rent teoretiskt, inte bekräftas av observationer. Under många år kunde ingen se produktionen av litium med hjälp av en ny stjärna. Men i början av 2015 detta har ändrats.

Beväpnad med nya avancerade verktyg och metoder för två grupper av astronomer i Japan och Europa äntligen upptäckt litium i på nytt. Denna upptäckt inte bara bekräftade att det nya inte producera litium, men de gör detta mycket smart kanske tillräckligt för att förklara med deras hjälp, en stor del av den galaktiska litium.

"de Resultat som när jag såg dem, var helt fantastiskt, säger Sumner starfield, en astrofysiker vid Universitetet i Arizona, en av de första som började studera den potentiella produktionen av litium i ny i slutet av 1970-talet.

Under 2015, den grupp som leds av Akito Tajitsu från Nationella astronomiska Observatoriet i Japan finns beryllium i den nya stjärnan. Det var ett säkert tecken på att den nya producera litium, beryllium sönderfaller eftersom det är på Li.

Efter några månader, Izzo och hans team publicerade en studie som direkt upptäckts litium i andra nya. I början av 2016 grupp Tajitsu upptäckte beryllium i två stjärnor (en av dem hette V5668). Samma år, Izzo tillsammans med forskare under ledning av Paolo Molaro av Trieste Astronomiska Observatoriet i Italien bekräftade upptäckt av beryllium i V5668.

Detta är ett totalt fyra nya stjärnor som visar tecken på litium produktion, något som bekräftats genom två oberoende grupper. "Experter i-spektroskopi har också fått liknande resultat, säger Jordi Jose, astrofysiker vid Tekniska Universitet i Katalonien i Spanien. "Detta är om något Ja talar."

"De har lyckats fånga en ny i processen omedelbart efter explosionen och de kunde mäta det material som var avskurna direkt, säger fält. "Massor av litium".

I själva verket, säger Izzo, en ny stjärna, efter att ha sett hans team producera så många litium som två liknande start på året kunde skapa en helhet som observerats i galaxy litium. Detta är ett preliminärt betyg och astronomer måste lära dig om de andra nya stjärnor för att kontrollera och bekräfta mätningar.

Men, all information är bra. "Med hjälp av dessa mätningar, vi börjar att söka sanningen, säger fält. Forskare som Starfeld och Jose, teoretiker som under decennier har svalt utan att de uppgifter som nu planerar att upprepa sina beräkningar och modeller och jämföra dem med nya observationer. "Nu har spelet börjat, säger Jose.

Nästa, kommer forskarna att kunna bekräfta nuvarande modell nya och exakt hur mycket litium som de spyr. Baserat på tidigare modeller, forskare som Jose har uppskattat att den nya kan täcka upp till hälften av litium är inte producerad av Big Bang. Men i och med nya observationer, säger han, och nya kan producera upp till 80% återvunnet litium.

För Att vara tydlig, dessa fungerar inte lösa problemet med primära litium — gåtan om varför det tidiga Universum haft så lite av denna metall. Men nya upptäckter kommer.

"nu när vi har en bättre förståelse av sekundära processer för produktion av litium — som levande och döda stjärnor gör det — det hjälper oss att reda ut historien av litium i vår galax, hur det var född och vid vilken punkt i bilden lades senaste källor av litium, säger fält.

Forskare hoppas kunna avslöja hela historien om denna ödmjuka metall, utansom vår teknik. Tänk bara: det är en lång väg, tillsammans med väte och syre var den lättaste och så viktigt för oss metall.