¿Se está formando algún consenso sobre la solución al "Problema del Litio"?

No hay un consenso absoluto y nada probado más allá de toda duda, pero hay explicaciones favoritas.

La discrepancia entre la abundancia nucleosintética predicha del litio 7 del big bang y el valor medido se puede resumir de la siguiente manera.

Si tomamos lo que sabemos sobre la densidad de masa bariónica del universo y la constante de Hubble, obtenemos una imagen coherente entre el fondo cósmico de microondas, las observaciones de la recesión de galaxias, etc. y las abundancias primordiales estimadas de helio y deuterio.

El problema surge porque estos mismos parámetros cosmológicos predicen una abundancia primordial de litio de$3\times10^{-10}$, cuando se expresa como una relación con la abundancia de hidrógeno.

Por otro lado, las mediciones de la abundancia de Li presente en las fotosferas de las estrellas más antiguas (también conocidas como "estrellas de halo") en nuestra galaxia sugieren que la abundancia primordial era de aproximadamente$1.2\times10^{-10}$.

El factor de diferencia de 2-3 entre estos números es aproximadamente 4-5 veces la precisión de la medición . Este es el llamado "problema del litio".

Las posibles soluciones son revisadas por Fields (2012) . Se clasifican en las siguientes categorías.

1. Soluciones astrofísicas: que no entendemos nuestras mediciones de las abundancias de Li debido a una comprensión imperfecta de las atmósferas de las estrellas de baja metalicidad; o que no entendemos los mecanismos de mezcla interior que significan en la fotosfera, vemos material que se ha mezclado hacia arriba desde el interior donde el Li se ha agotado en reacciones nucleares.

2. Física nuclear: ¿tal vez los detalles de las velocidades de reacción y las secciones transversales en el modelo del Big Bang están mal? Todavía hay algunas incertidumbres considerables aquí que aún no se han concretado, pero se consideran soluciones bastante improbables.

3. Adiciones al modelo estándar de big bang. Esto incluye cosas como la nucleosíntesis no homogénea en el universo primitivo, es decir, que era grumoso incluso en esta etapa temprana. Otras posibilidades incluyen la posibilidad de que las reacciones de equilibrio en la nucleosíntesis del big bang fueran alteradas por la descomposición de partículas masivas de materia oscura.

Por lo tanto, hay muchas ideas para resolver este problema y otras ideas que sugieren que no es tanto un problema, sino que no podemos hacer las mediciones correctamente.

EDITAR: Actualización 18/11/19 de la conferencia "Litio en el Universo" en Frascati, Roma.

Habiendo asistido a algunas charlas de revisión sobre el problema, puedo resumir el progreso como:

La explicación 2 (Física nuclear) está muerta. Parece que se han explorado todas las vías y las posibles incertidumbres restantes se encuentran en un nivel del 10 %.

Sin embargo, también se discutieron las siguientes posibilidades.

4. ¿Quizás las constantes fundamentales han cambiado con el tiempo dando como resultado diferencias de energía de enlace algo diferentes entre los diferentes núcleos? Scherrer y Scherrer (2017), por ejemplo, analizan un escenario en el que la diferencia de masa entre los núcleos de 2 He y un núcleo de 8 Be cambia con el tiempo de tal manera que se produce una gran cantidad de 8 Be durante la nucleosíntesis del big bang, pero luego vuelve a decaer en He. Esto no altera la abundancia primordial de He inferida de las observaciones actuales, pero la eliminación de He en épocas tempranas da como resultado una menor producción de 7Li.

5. Los campos magnéticos no homogéneos, que contribuyeron a una densidad de energía significativa en el universo primitivo, pueden haber provocado fluctuaciones de temperatura en la época de la nucleosíntesis. Tales fluctuaciones podrían reducir un poco las abundancias de Li pronosticadas, pero también cambian la abundancia de deuterio pronosticada y esto no encajaría con las medidas ahora bastante precisas de la abundancia de D primordial y el valor de Planck de$\Omega_b h^2$.

6. Se ha planteado la hipótesis de que los campos magnéticos pueden desempeñar un papel en el filtrado de la cantidad de Li primordial que se convierte en las estructuras que forman las galaxias. es decir, se produce una especie de diferenciación química cuando hay un gradiente de la intensidad del campo magnético en ángulo recto con el campo magnético. Esto acelera los iones a favor del gradiente y posiblemente alejándolos de las estructuras en formación. Dado que el Li se ioniza fácilmente en el universo primitivo (en comparación con el H y el He), esto podría conducir a que el gas que formó las primeras estrellas sea pobre en Li.

Al final de la reunión, se pidió a los participantes (por diversión) que votaran sobre cuál pensaban que era la solución más probable. El #1 fue el primero, con el #3 en un distante segundo lugar.