الحسابات تؤكد وجود مشكلة في نسبة الليثيوم في الكون

هل وقفت يوما ما تجهز القهوة في مطبخ بيتك و قد حسبت أن الكمية الناتجة هي 3 فناجين لينتج لديك فنجان واحد فقط؟ إذا حدث ذلك معك فإنك الآن تعرف شعور الفيزيائيين الفلكيين الذين يعانون من نقص في "الليثيوم" في "ركوة قهوتهم الكونية"!

يعاني مجال الفيزياء الفلكية من مشكلة عويصة تدعى "الليثيوم" ، كميات الليثيوم التي يتوقع انها نتجت عن الإنفجار العظيم ليست موجودة فعلياً في النجوم برغم أن الحسابات تبدو صحيحة -وهي حقيقة تم تأكيدها الآن لأول مرة في تجارب أجريت في مختبر تحت الأرض في جبل (غران ساسو) في إيطاليا. قام باحثون من نفس الفريق أيضاً بدراسة كمية الليثيوم التي يجب أن تتشكل تحت ظروف مشابهة للإنفجار العظيم وقد نشرت النتائج في مجلة Physical Review Letters.

إضافة الى الهيدروجين والهيليوم، الليثيوم هو أحد العناصر الثلاثة التي تشكلت قبل تشكل النجوم الأولى. هذه العناصر الثلاثة كانت -بحسب النظرية- كانت قد تكونت بالفعل في وقت مبكر ، عبر مايعرف بـ (التركيب النووي) والتي تعني اندماج البروتونات والنيوترونات لتشكل نوى هذه العناصر خلال الدقائق الأولى من عمر الكون. في مختبرات الفيزياء النووية الفلكية تم إعادة إجراء تفاعلات الانصهار الخاصة بالليثيوم ، (مايكل أنديرس) الحائز على شهادة الدكتوراه العام الماضي عن بحث حول هذا الموضوع بالذات لعب الدور الأساسي في الفريق.

في تجربتهم أطلق الفريق حزمة من أنوية الهيليوم باتجاه ذرات الهيدروجين الثقيل (والتي تشبه ذرة الهيدروجين ولكنها تحوي في نواتها نيوترون إضافي) والمعروف باسم الديتيريوم بغية الوصول الى مستويات طاقة مشابهة لتلك التي كانت موجودة مباشرة بعد الإنفجار العظيم ، الفكرة هي قياس كميات الليثيوم المتشكلة تحت هذه الظروف.

أكدت نتائج التجربة التوقعات النظرية والتي لا تتناسب مع نسبة الليثيوم المرصودة في الكون.

ويشرح دانييل بيميرير من فريق البحث "للمرة الاولى نستطيع في الواقع دراسة إنتاج الليثيوم -6 ضمن مدى طاقة الإنفجار العظيم في تجربتنا" . الليثيوم -6 (والذي تتألف نواته من ثلاثة نيوترونات وثلاثة بروتونات) هو أحد النظيرين الثابتين للعنصر ، تمت دراسة تشكل النظير الآخر الليثيوم -7 (والذي تملك نواته نيوترون إضافي) عام 2006 من قبل بريمير في نفس المختبر.

مع هذه النتائج الجديدة ، تبقى "معضلة الليثيوم" مشكلةً يصعب حلها. فمن ناحية جميع النتائج المخبرية للفيزياء الفلكية تقترح أن نظرية تفاعلات الإنصهار البدائية الكونية هي صحيحة. ومن ناحية اخرى تُظهر الكثير من الأرصاد الفلكية أن أقدم النجوم في مجرتنا درب التبانة تحوي فقط نصف كمية الليثيوم -7 المتوقعة. كما يجب أيضا مراجعة تقارير العلماء السويديين المنتشرة والذين اكتشفوا بشكل واضح كمية الليثيوم -6 في هذه النجوم تزيد عما هو متوقع بحسب التجربة. يقول بيميرير "ينبغي أن تُراقب النسب المنخفضة لليثيوم في المستقبل فنحن نعلم الآن بفضل القياسات الجديدة ان هذا الانخفاض في التراكيز لا يمكن ان يكون ناتجا تفاعلات التركيب النووي الكونية البدائية".

علما أن بحوث اخرى سيتم إجراءها قريباً في مختبر جديد تحت الأرض.

المصدر: هنا

حقوق الصورة: NASA، JPL-Caltech، Kate Su (Steward Obs، U. Arizona) et al.