La nucleosíntesis primordial – 2. El problema del litio

María Magdalena Fernández Puertas >

<< Viene de la primera parte

Hemos visto  algo de la historia de cómo evidencias como la Fondo Cósmico de Microondas (CMB) apoyan la teoría del Big Bang y también qué entendemos con “Nucleosíntesis Primordial”.

La teoría del Big Bang predice con cierta exactitud las cantidades de elementos que se habrían creado en esos primeros instantes del Universo.

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Pero aquí llegamos a uno de los grandes problemas a los que astrofísicos, físicos y químicos se han enfrentado desde que esta teoría fue formulada, el problema del Litio.

Mientras que las cantidades de Helio medidas concuerdan con muchísima precisión a lo predicho por la teoría y es una fuerte evidencia en la que se apoyan actualmente los cosmólogos para apoyarla, con el Litio está sucediendo todo lo contrario.

La cantidad medida de Litio (7Li) en el universo es inferior a la que podíamos esperar, del orden de 2 a 4 veces inferior que lo predicho en la teoría. En el caso de 6Li, un isótopo más ligero, el resultado es aún peor y sólo encontramos la milésima parte de lo que podíamos esperar.

“Si la discrepancia observada con el litio persiste y no hay respuestas astrofísicas, eso significa que hay algo incorrecto”- Así de rotundo se muestra Gary Steigman (State University-Ohio).

Muchos son los científicos que plantean una revisión a fondo de la teoría, dados los nuevos datos y las observaciones cada vez más precisas que hacen que las cantidades que faltan sean cada vez mayores. Se plantean varias hipótesis como perturbaciones quánticas en la RCF, partículas supersimétricas o la existencia de otras partículas exóticas en esos primeros instantes del Universo para arrojar algo de luz sobre este problema que de no solucionarse satisfactoriamente lleva a algunos científicos a dudar de una teoría que hoy por hoy explica de manera bastante satisfactoria esos primeros instantes de nuestro Universo.

La teoría del Big Bang en cuanto a la nucleosíntesis primordial, predice la abundancia de cada elemento ligero relacionándolo con un parámetro, la relación fotón-barión. Este parámetro, no sólo representa una evidencia para la famosa Materia Oscura, si no que sirve para conocer si el universo se expandiría o colapsaría. La suma de protones y neutrones (bariones) en relación a la suma total de fotones es el parámetro que se analiza.

Observando galaxias y estrellas antiguas que estén desprovistas de elementos pesados, podemos inferir la abundancia relativa de elementos primigenios, actualmente con los nuevos aparatos que nos dotan de una mayor precisión en las observaciones, esto esta resultando mucho más sencillo.

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No obstante, obtenemos unas mediciones aún más precisas analizando las pequeñas diferencias de temperatura en la RCF e incorporando la relación fotón-barión. Así se obtienen datos de cómo deberían ser las proporciones de elementos ligeros y compararlos con las medidas existentes actualmente. Esta es una de las claves según nos confirmó el propio Philip James E. Peebles (Univ. de Princenton) en la conferencia del pasado 21/04/2015 en Madrid. Fue uno de los primeros en predecir las cantidades de elementos ligeros allá por 1965.

Después de analizar los datos, la concordancia entre las cantidades de Deuterio por ejemplo son casi exactas, y de Helio son bastante aceptables.

Andreas Korn (Univ. de Upsala), cree que resolveremos el problema del litio indagando y conociendo más sobre la formación de estrellas, ya que él y su equipo afirman que el Litio, no sobrevive a la mezcla que se forma en la superficie durante creación de las estrellas más antiguas, ya que desaparece en las corrientes de convección de las mismas y la cantidad perdida podría explicar la gran diferencia existente actualmente. Su línea de investigación pretende encontrar nuevos datos que refuercen esta hipótesis.

Otra de las líneas de investigación, se está llevando a cabo por el equipo de Alessio Mucciarelli (Univ. de Bolonia) usando VLT de ESO. Se están centrando en el cúmulo denominado Messier 54 desde que se descubrió que no pertenecía a nuestra galaxia, sino a una pequeña galaxia satélite nuestra, la de Sagitario. En este cúmulo, se aprecia el mismo problema que en la Vía Láctea sobre el problema del Litio, con lo que no es un problema exclusivo de nuestro entorno.

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El 19 de febrero de 2015 nos encontramos con dos publicaciones en Nature que si bien no resuelven el problema, arrojan luz sobre la producción de Litio en nuestro Universo.

En dichas publicaciones, no sólo confirman las teorías que apuntaban a otras fuentes de producción de Litio que no fuesen los instantes iniciales del Universo que hoy conocemos si no que también es la primera vez que tenemos comprobación observacional mediante mediciones que han detectado Berilio radiactivo 7Be que se transforma en Litio 7Li en una explosión de nova en el espacio. El equipo compuesto por astrofísicos japoneses, han usado el Telescopio Subaru para analizar las cantidades de 7Be durante la explosión de la nova V339 Del (Nova Delphini 2013).

Este hallazgo, confirma la teoría que plantearon en la década de los noventa investigadores españoles y que es crucial para entender la evolución del contenido de Litio en nuestra galaxia y en el Universo observable.

Margarita Hernanz, del ICE (CSIC-IEEC) autora principal del estudio junto con su equipo en España, desarrollaron modelos detallados de la producción de Litio en esas novas. Junto con el artículo de los investigadores japoneses, M. Hernanz publica un artículo “News & Views” en el número 518 de Nature sobre los nuevos hallazgos que validan la teoría que manejaban.

En palabras de la investigadora que han aparecido en diversos medios: “La fusión de 3He y 4He forma 7Be, un núcleo radiactivo con una vida media de 53 días que se transforma en 7Li”. “El 7Be recién producido en las proximidades de la superficie estelar debe ser transportado a zonas más frías antes de desintegrarse, para evitar la destrucción de su núcleo hijo, 7Li, una vez creado.” “Este es el mecanismo de transporte del 7Be para producir 7Li en las estrellas, predicho en los años cincuenta por Cameron y Fowler”, explica la investigadora.

Refiriéndose a que la cantidad de 7Be-7Li observado es similar o mayor que la prevista, dice: “Esto podría significar que las novas jugaran un papel más importante de lo que se creía como fuentes del litio galáctico,” concluye Hernanz.

En 1996, Margarita Herranz publicó junto con los investigadores J. José (UPC-IEEC), A. Coc (CSNSM-IN2P3) y J. Isern (CSIC-IEEC), el primer cálculo detallado de la síntesis del litio en novas, en la revista Astrophysical Journal Letters.

Lo que está claro es que habrá que seguir buscando explicaciones al problema del Litio, pero como todo en ciencia, aún hay recursos para explorar, cosas que podemos comprender mejor, mecanismos que aún desconocemos, porque la Ciencia nunca se acaba. Cuando resolvemos un enigma, surgen un montón de nuevas y apasionantes incógnitas, retos para los científicos del presente y del futuro.

Referencias:

Fotografías:

  • Diversas fuentes de Internet.
  • Nature

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