کیهانشناسی استاندارد با دقتی بسیار، پیش بینی می کند که هیدروژن و هلیوم درست بعد از مهبانگ تولید شدند اما به نظر، پیش بینی لیتیوم راه درازی دارد. در نشریه Physical Review Letters، مقاله ای منتشر شده که می گويد صدها هزار سیاهچاله در کهکشان ما می توانند مقادیر چشمگیری لیتیوم تولید کنند زیرا ابر داغ ماده حول آن‌ها می تواند باعث همجوشی هسته‌ای شود. اگر مشاهدات این موضوع را تایید کنند، تشریح این که این همه لیتویم کجا رفتند، دشوارتر می‌شود.

مسئله لیتیوم سه دهه پژوهشگران را گیج کرده است. طیف اکثر ستارگان باستانی و اولیه در کهکشان ما فراوانی لیتیوم-7 را نشان می‌دهند که در ستارگان گوناگون تغییر کمی دارد اما فراوانی دیگر عناصر سنگین‌تر به شکلی چشمگیر تغییر می کند. برخی این همگنی را نشانه‌ی آن می‌دانند که بخش عمده‌ي لیتیوم-7 در ستارگان باستانی منشا یکسانی دارند: همجوشی هسته‌ای در چند دقیقه ابتدایی بعد از مهبانگ. نظریه مهبانگ ميزان فراوانی دوتریوم، هیلوم-3 و هلیوم-4 را به درستی به دست مي‌دهد اما به نظر می‌رسد که ستارگان باستانی تنها نصف یا کمتر از میزان پیش بینی شده لیتویم 7 را در بردارند. پژوهشگران چندین جواب برای مسئله لیتیوم پیشنهاد کرده اند مانند سازوکاری که مقداری لیتیوم را در جهان اولیه پاک کند.

اما اخیرا، داده های بیشتر این تصویر را بغرنج نموده اند. منجمان دریافته اند که لیتیوم-7 در ستارگان باستانی کاملا همگن نیست و بعضی از ستارگانی که تحول کندی دارند مقدار بسیار بسیار کمتری لیتیوم-7 دارند. به نظر اخترفیزیکدانان این موضوع در اوایل چرخه عمر این ستارگان رخ داده است. این سناریو می تواند کاملا داستان را عوض کند: سطح همگنی در اکثر این ستارگان از زمان مهبانگ نبوده بلکه بعدها ظاهر شده و نتیجه ای از منبع لیتیومی است که هنوز کشف نشده.

بنابراین، اخترفیزیکدانان به دنبال فرایندهایی هستند که لیتیوم اضافی (چشمه‌ها) و نابودی آن (چاهك‌ها) را توجیه کند. با این حال، هنوز هم بسیاری باور دارند که مشکل اصلی با لیتیوم باقی مانده: کمبود زیاد لیتیوم در مقایسه با پیش بینی نظریه مهبانگ. برای پیچیده تر کردن معمای لیتیوم(!)، فابیو لوکو[1] در دانشگاه استکهلم و میگوئل پاتو[2] از دانشگاه فنی مونیخ دریافته اند که منبع بالقوه بسیار بزرگی از لیتیوم-7 در میکروکوازارها جای دارد. در سامانه های ستارگان دوتایی منابع اشعه اکس وجود دارد و منجمان باور دارند که آن ها سیاهچاله های جامانده از انفجار ابرنواختری هستند. ماده ستارگان شریک،  همانند آبي كه به چاهي فرومي‌ريزد، به دور سیاهچاله می‌چرخند و تحت شرایطی خاص به جای دیسک سرد معمول، چنبره[3] داغی ایجاد می شود. سرعت ماده نزدیک به سرعت نور و دما به 100 میلیارد درجه کلوین می رسد. این دو نظریه پرداز محاسبه می کنند که در چنین شرایطی، جفت هسته های هلیوم می توانند برخورد کرده و لیتیوم 7 تولید کنند؛ مقداری از لیتیم‌ها در نهایت به فضا پرتاب می شوند.

کوره هسته ای. ماده ای که از ستارگان به سمت سیاهچاله می رود می تواند تا صدها میلیارد درج لوین داغ شود تا همجوشی هسته ای وارد عم لشود. مقداری از محصولات به جای بلعیده شدن توسط سیاهچاله، در نهایت به محیط بین ستاره ای پرتاب می شوند.

نویسندگان نتیجه می گیرند که اگر دیسک داغ یکپارچه به وفور وجود داته باشد – 1 درصد جرم ستاره ای سیاهچاله در کهکشان ما- این سازوکار می تواند به اندازه فرضیات مهبانگ لیتیوم-7 تولید کند. اما آن ها می گویند باید مشاهده کنیم که فراوانی میکروکوازارها و میزان تولید لیتیوم چقدر است. لوکو می گوید:«ادعا نمی کنیم که میروکوازارها حتما چنین می کنند اما پیام انگیزاننده این است که فیزیک چنین اجازه ای می دهد.»

مارتین آسپلوند[4] از دانشگاه ملی استرالیا می گوید: «این مطالعه احتمالات جالبی را پیش رویمان می گشاید؛ سوال این است که چندتا از این سامانه‌های سیاهچاله به هم پیوسته در مراحل اولیه جهان وجود داشته و چقدر لیتیوم در انتهای تولید ستارگان ایجاد شده است.»

منبع:

Black Holes May Produce Lithium, Focus Physics, July 13, 2012; link

مرجع:

Lithium Synthesis in Microquasar Accretion, Fabio Iocco and Miguel Pato, Phys. Rev. Lett. 109, 021102 (2012)