凯克天文台的观测加强了大爆炸理论

时间：2021-09-09 18:25:02 来源：

该图显示了一个旧的贫金属恒星的一小块表面的详细模型，该恒星用于导出其丰富的锂6。

研究人员使用凯克对古代恒星的观测结果和它们的大气模型发现，锂6和锂7的含量与大爆炸核合成标准理论的预测之间没有冲突。

夏威夷的卡穆拉（Kamuela）–一个国际科学家团队使用地球上最强大的望远镜，发现了大爆炸发生后的瞬间，其变化更像该理论所预测的那样，从而消除了困扰物理学家长达二十年的重大差异。这项发现将于6月6日发表在国际期刊《天文学与天体物理学》上。

物理学和天文学上最重要的问题之一是先前在我们银河系中最古老的恒星中观察到的锂同位素之间的不一致，这表明锂6的水平比大锂高200倍，而锂7的水平低约三到五倍。邦核合成预测。在我们对早期宇宙的理解中，这个严重的问题引起了异乎寻常的物理学的研究，并且徒劳无功地寻找银河前的生产源，以调和两者之间的差异。

由剑桥大学的卡琳·林德（Karin Lind）领导的团队已证明，数十年来的存货依靠较低质量的观测数据，并通过使用几种简化的分析方法进行了分析，从而导致对锂同位素的虚假检测。

利用WM凯克天文台的10米望远镜对古代恒星的观测以及最新的大气模型，表明其6锂和7锂含量与Big标准理论的预测之间没有冲突爆炸核合成，从而恢复了我们早期宇宙理论中的顺序。

埃德温·哈勃（Edwin Hubble）在1920年代发现了宇宙膨胀的发现，随后的观察表明，宇宙始于约138亿年前的一次大爆炸。证实大爆炸的基本观察结果是宇宙微波辐射和大爆炸核合成理论中描述的轻元素的化学丰度。

主要作者Lind表示：“对Big Bang核合成的预测已成为标准Big Bang模型的主要成功之一。”“我们的发现消除了恒星和标准BBN中6Li和7Li丰度之间的强烈张力，甚至为全面和解打开了大门。这进一步巩固了一个模型，该模型主要依靠宇宙微波背景和不断扩展的宇宙的支柱。”

从理论和观察的角度，特别是对于锂6而言，从理论和观察角度对老恒星中的锂6和锂7进行准确测量都是极具挑战性的，因为锂的同位素不那么丰富，因此它的特征非常弱。所需的数据只能通过地球上最大的望远镜来获得，例如夏威夷的莫纳克亚山顶上的凯克天文台，配备了强大的高分辨率埃歇尔光谱仪（HIRES）光谱仪，可以将恒星光分散到其组成颜色和吸收特征中。

圣保罗大学的豪尔赫·梅伦德斯说：“早在2004年，HIRES便升级了具有较小像素的CCD，从而可以在光谱中看到更精细的细节。”HIRES提供了高光谱分辨率，需要对线轮廓进行精妙的研究，并评估Lithium-6的存在。凯克天文台的强大集光能力使我们能够观察到比以往任何研究都具有“原始”成分的恒星。

即使使用强大的Keck I望远镜，也必须观察单个恒星几个小时，以收集足够的光子以进行详细观察。此类数据的建模也非常苛刻，因为此类缺乏金属的旧恒星在大气中的不同过程可能会模拟锂6的存在。必须使用团队在3D中创建的复杂模型气氛来分析数据，并包括在强大的超级计算机上运行数周的复杂计算。

“我们同时放松了对恒星大气建模的两个关键的物理假设；一维流体静力学和局部热力学平衡，”林德说。“通过使用更先进的物理技术和功能强大的超级计算机，我们设法消除了困扰传统建模的系统性偏差，并且以前导致对6Li / 7Li同位素签名的错误识别。”

高质量的Keck观测结果和详细的理论模型的协同作用解决了过去二十年来困扰粒子物理学家和天体物理学家的宇宙学问题。

琳德说：“了解我们宇宙的诞生对于理解其所有组成部分（包括我们自己）的后来形成至关重要。”“大爆炸模型为结构形成设定了初始条件，并解释了我们在一个由暗物质和能量主导的不断扩展的宇宙中的存在。”

现在，“大爆炸”理论立足于更加坚定的基础。

出版物：Karin Lind等人，“极贫金属的恒星中的锂同位素比率”，A＆A，2013年； DOI：10.1051/0004-6361/201321406

研究报告的PDF副本：贫金属恒星中的锂同位素比

图像：信用：卡琳·林德（David）

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