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Astrônomos eliminam inconsistência na teoria do Big Bang
10/08/2013, 5:24 PM
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As conclusões do estudo baseiam-se na modelagem de uma pequena parte da superfície de uma estrela antiga, pobre em metais - essa modelagem foi usada para derivar a quantidade do isótopo 6 do lítio na estrela. [Imagem: Karin Lind/Davide De Martin]

As conclusões do estudo baseiam-se na modelagem de uma pequena parte da superfície de uma estrela antiga, pobre em metais – essa modelagem foi usada para derivar a quantidade do isótopo 6 do lítio na estrela. [Imagem: Karin Lind/Davide De Martin]

Incoerências do Big Bang

Uma equipe internacional, incluindo astrônomos brasileiros, conseguiu derrubar a principal discrepância acerca dos primeiros minutos após o Big Bang – a grande explosão que se acredita ter originado o Universo.

As observações eliminaram uma incoerência entre teoria e dados observados, considerada um dos principais problemas cosmológicos da atualidade.

Um dos indícios da teoria do Big Bang é a proporção de elementos químicos mais simples produzidos nos primeiros instantes do Universo.

A proporção dos diferentes isótopos mais leves, como os isótopos 6 e 7 do lítio (Li-6 e Li-7), pode ser calculada com precisão pelo modelo de nucleossíntese do Big Bang, e essas previsões podem ser verificadas usando observações de objetos quimicamente mais “primitivos”, como estrelas muito pobres em metais, formadas logo após o Big Bang.

A previsão teórica é que apenas uma quantidade desprezível de Li-6 foi criada, tão pouco que seria impossível detectar Li-6 nessas estrelas.

Mas não era isso o que vinha ocorrendo na prática.

“Observações anteriores de estrelas muito antigas sugeriram que a quantidade de lítio-6 (Li-6) teria sido 200 vezes maior que o produzido nos primeiros minutos após a grande explosão, e que o lítio-7 (Li-7) entre três e cinco vezes menor que o calculado por cosmólogos e físicos teóricos”, conta o professor Jorge Meléndez, da Universidade de São Paulo (USP).

Lítio em estrelas antigas

Portanto, essas detecções – até 200 vezes mais Li-6 em estrelas do que o predito pelo Big Bang – eram alarmantes, e muitos cosmólogos e físicos teóricos têm tentado explicar a discrepância usando teorias alternativas que incluem física exótica.

Usando dados obtidos com o telescópio de 10 metros (o maior do mundo) do observatório Keck, localizado em Mauna Kea, no Havaí (EUA), o grupo de astrônomos eliminou a incoerência.

Eles constataram que não existe Li-6 nas estrelas mais antigas de nossa galáxia.

“A descoberta da não existência de Li-6 em estrelas pobres em metais é de grande importância, pois reconcilia as previsões teóricas do Big Bang com as recentes observações em estrelas”, afirma Meléndez.

Segundo Karin Lind, da Universidade de Cambridge, Inglaterra, a teoria do Big Bang agora repousa sobre bases mais firmes: “Além disso, compreender o nascimento do nosso Universo é fundamental para a compreensão da posterior formação de todos os seus componentes, incluindo nós mesmos”, é o que declara a cientista em nota divulgada no site do Observatório Keck.

Agora será necessário esperar a análise e a crítica dos dados por outras equipes, além de novos dados de mesma qualidade obtidos a partir de um número maior de estrelas – o estudo agora publicado estudou apenas quatro delas.

Inovação Tecnológica

Referência:

1. Karin Lind, Jorge Meléndez, Martin Asplund, Remo Collet, Zazralt Magic “The lithium isotopic ratio in very metal-poor stars” (Astronomy and Astrophysics, 10 June 2013, Vol.: 554 – A96, DOI: 10.1051/0004-6361/201321406)

Abstract

Context. Un-evolved, very metal-poor stars are the most important tracers of the cosmic abundance of lithium in the early universe. Combining the standard Big Bang nucleosynthesis model with Galactic production through cosmic ray spallation, these stars at [Fe / H]  <  − 2 are expected to show an undetectably small Li / Li isotopic signature. Evidence to the contrary may necessitate an additional pre-galactic production source or a revision of the standard model of Big Bang nucleosynthesis. It would also cast doubts on Li depletion from stellar atmospheres as an explanation for the factor 3–5 discrepancy between the predicted primordial Li from the Big Bang and the observed value in metal-poor dwarf/turn-off stars.

Aims. We revisit the isotopic analysis of four halo stars, two with claimed Li-detections in the literature, to investigate the influence of improved model atmospheres and line formation treatment.

Methods. For the first time, a combined 3D, non-local thermodynamic equilibrium (NLTE) modelling technique for Li, Na, and Ca lines is utilised to constrain the intrinsic line-broadening and to determine the Li isotopic ratio. We discuss the influence of 3D NLTE effects on line profile shapes and assess the realism of our modelling using the Ca excitation and ionisation balance.

Results. By accounting for NLTE line formation in realistic 3D hydrodynamical model atmospheres, we can model the Li resonance line and other neutral lines with a consistency that is superior to LTE, with no need for additional line asymmetry caused by the presence of Li. Contrary to the results from 1D and 3D LTE modelling, no star in our sample has a significant (2σ) detection of the lighter isotope in NLTE. Over a large parameter space, NLTE modelling systematically reduces the best-fit Li isotopic ratios by up to five percentage points. As a bi-product, we also present the first ever 3D NLTE Ca and Na abundances of halo stars, which reveal significant departures from LTE.

Conclusions. The observational support for a significant and non-standard Li production source in the early universe is substantially weakened by our findings.

 


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