Lithium bleibt kosmologisch ein Problem

Nur die leichten Elemente Wasserstoff, Helium und Lithium sind beim Urknall entstanden – alle schwereren Elemente wurden später durch Kernfusion im Inneren von Sternen, bei Sternexplosionen oder auch durch kosmische Strahlung produziert. Die primordiale Häufigkeit der leichten Elemente hängt daher im kosmologischen Standardmodell ausschließlich vom Verhältnis der Baryonen- zur Photonenzahl im Universum ab. Dieses Verhältnis lässt sich aus Messungen der kosmischen Hintergrundstrahlung recht genau bestimmen.

Das Problem: Die aus der Urknall-Nukleosynthese vorhergesagte Häufigkeit von Lithium-7 ist viermal höher als die in den Atmosphären alter Halosterne. Das ist nur schwer zu verstehen, da der Anteil durch Kernfusion eher ansteigen sollte – aber möglicherweise gibt es Prozesse im Sterninneren, die Lithium-7 zerstören. Eine Alternative zur Messung des primordialen Lithium-Anteils wäre die Messung der Zusammensetzung ursprünglicher Gaswolken, also solcher, die einen sehr geringen Anteil an schweren Elementen besitzen.

In der Milchstraße ist das Gas bereits stark durch von Sternen abströmende oder bei Sternexplosionen abgestoßene Materie angereichert, damit sind solche Messungen nicht mehr möglich. Einem Team amerikanischer Astronomen um Christopher Howk von der University of Notre Dame im US-Bundesstaat Indiana ist nun die Messung des Anteils an Lithium-7 im interstellaren Gas der Kleinen Magellanschen Wolke gelungen. Die Kleine Magellansche Wolke besitzt nur ein Viertel des Anteils der Milchstraße an schweren Elementen, ihr interstellares Gas sollte also die primordialen Verhältnisse entsprechend besser widerspiegeln.

Tatsächlich fanden Howk und seine Kollegen einen Lithium-Anteil, der nahezu exakt der Vorhersage der Urknall-Nukleosynthese entspricht. Das wiederum ist zu viel des Guten, denn es lässt keinen Raum für eine Anreichung des interstellaren Gases durch in Sternen oder durch kosmische Strahlung produziertes Lithium-7 – obwohl das Gas bereits mit anderen schweren Elementen angereichert ist. Prinzipiell wäre auch hier wieder denkbar, dass es Prozesse gibt, die Lithium-7 zerstören – aber sie müssten die Anreicherung exakt kompensieren, um genau diesen, mit der Urknall-Nukleosynthese übereinstimmenden Wert zu produzieren.

Es ist also, so schließen die Autoren, entweder eine solche extreme Feinabstimmung von Prozessen nötig – oder es gab beim Urknall bislang unbekannte, über das Standardmodell hinausgehende physikalische Prozesse, die den Lithium-Anteil beeinflusst haben. Lithium bleibt damit ein offenes Problem der Kosmologie.

Rainer Kayser

PH