Новые данные от AMS-02 бросают вызов старым теориям происхождения лития
Литий — третий элемент таблицы Менделеева, легкий и загадочный, — долгое время оставался одной из неразгаданных головоломок астрофизики. Его изотопы, ⁶Li и ⁷Li, встречаются в космических лучах, но их происхождение до сих пор вызывает споры среди ученых. Образовался ли литий в первые мгновения после Большого взрыва? Или же он рождается в недрах звезд, в столкновениях космических частиц, а может, в результате распада бериллия? Новые данные, полученные с помощью альфа-магнитного спектрометра (AMS-02) на МКС, бросают вызов устоявшимся теориям и проливают свет на эту космическую тайну.
Три возможных источника лития и загадка его изотопов
Согласно современным представлениям, литий мог появиться во Вселенной тремя основными путями. Первый — нуклеосинтез в первые минуты после Большого взрыва, когда формировались легкие элементы. Однако расчеты показывают, что количество ⁷Li, предсказанное этой моделью, не совпадает с наблюдаемыми данными. Второй источник — ядерные реакции внутри звезд, где бериллий-7 (⁷Be) распадается с образованием лития. Третий вариант — столкновения тяжелых ядер космических лучей с межзвездной средой, в результате которых рождаются оба изотопа.
Долгое время считалось, что ⁷Li может иметь «первичное» происхождение, связанное с Большим взрывом, но измерения его потоков в космических лучах не подтверждали эту гипотезу. Более того, соотношение ⁷Li/⁶Li в предыдущих экспериментах не согласовывалось с моделями распространения космических лучей. Ученые предполагали, что ключ к разгадке кроется в изучении этих изотопов в более широком диапазоне магнитной жесткости — параметра, который определяет, как заряженные частицы взаимодействуют с магнитными полями.
12 лет наблюдений и революционные выводы
С 2011 по 2023 год AMS-02, установленный на МКС, собирал данные о потоках лития в космических лучах. Этот уникальный прибор, оснащенный сверхпроводящим магнитом и системой детекторов, позволил зарегистрировать более 2 миллионов ядер лития. В результате ученые получили наиболее точные на сегодняшний день измерения потоков ⁶Li и ⁷Li в диапазоне жесткости от 1,9 до 25 ГВ.
Анализ данных показал удивительную закономерность: оба изотопа демонстрируют практически идентичные временные вариации. Более того, при жесткости выше 7 ГВ их поведение полностью совпадает с другими ядрами космических лучей — гелием, углеродом, азотом и кислородом. Это означает, что ⁶Li и ⁷Li имеют общий механизм образования — столкновения тяжелых частиц с межзвездной средой.
Крах гипотезы о первичном литии и новые вопросы
Полученные результаты ставят под сомнение идею о том, что ⁷Li мог образоваться в результате Большого взрыва. Если бы это было так, его поток и поведение отличались бы от ⁶Li, но данные AMS-02 показывают полную корреляцию. Это означает, что основной вклад в образование лития в космических лучах вносят именно ядерные столкновения, а не реликтовые процессы.
Однако загадка лития на этом не заканчивается. Почему его так мало в Солнечной системе, но относительно много в космических лучах? Как именно происходит его синтез в межзвездных столкновениях? И какие еще процессы могут влиять на его распространенность? Ответы на эти вопросы помогут не только прояснить эволюцию химических элементов во Вселенной, но и улучшить модели космической радиации, что критически важно для будущих межпланетных миссий.
Литий как ключ к пониманию Вселенной
Исследование, опубликованное в Physical Review Letters, не только опровергает одну из гипотез происхождения лития, но и открывает новые горизонты для изучения космических лучей. Данные AMS-02 подтверждают, что даже такой, казалось бы, простой элемент, как литий, хранит в себе следы бурных процессов, происходящих в глубинах Галактики. И кто знает, какие еще тайны Вселенной удастся раскрыть, продолжая анализировать его изотопы?