आदिम हल्के तत्व प्रचुरताएँ

बिग बैंग से बचे हुए हाइड्रोजन, हीलियम और ट्रेस हल्के तत्वों का अनुपात, जिसे प्राचीन ब्रह्मांडीय वातावरण में मापा जाता है, प्रारंभिक-ब्रह्मांड भौतिकी का एक संवेदनशील परीक्षण प्रदान करता है।

Definition

आदिम हल्के तत्व प्रचुरताएँ बिग बैंग न्यूक्लियोसिंथेसिस द्वारा उत्पादित सबसे हल्के नाभिकों की सापेक्ष मात्राएँ हैं, जिन्हें हाइड्रोजन के अनुपात के रूप में या द्रव्यमान अंशों के रूप में व्यक्त किया जाता है, जैसा कि वे बाद के तारकीय न्यूक्लियोसिंथेसिस द्वारा संशोधित होने से पहले मौजूद थे।

Scope

यह विषय ड्यूटेरियम, हीलियम-3, हीलियम-4 और लिथियम-7 की मापी गई आदिम प्रचुरताओं, खगोलीय वातावरणों का वर्णन करता है जिनका उपयोग तारकीय प्रसंस्करण द्वारा उन्हें बदलने से पहले उनका अनुमान लगाने के लिए किया जाता है, इन मापों की न्यूक्लियोसिंथेसिस भविष्यवाणियों के साथ तुलना, और बकाया लिथियम विसंगति।

Core questions

• हल्के तत्वों की आदिम प्रचुरताएँ क्या हैं?
• तारों से संदूषण के बिना इन प्रचुरताओं को कैसे मापा जाता है?
• लिथियम की प्रचुरता सिद्धांत से असहमत क्यों है?

Key concepts

• ड्यूटेरियम प्रचुरता
• हीलियम-4 द्रव्यमान अंश
• हीलियम-3
• लिथियम-7
• धातु-गरीब वातावरण
• बैरियोमीटर
• लिथियम समस्या

Key theories

बैरियोमीटर के रूप में ड्यूटेरियम

बिग बैंग के बाद ड्यूटेरियम केवल नष्ट होता है, कभी उत्पन्न नहीं होता, और इसकी आदिम प्रचुरता बैरियन घनत्व के प्रति अत्यधिक संवेदनशील होती है, जिससे प्राचीन गैस में माप ब्रह्मांडीय बैरियन सामग्री की सटीक जांच बन जाती है।

हीलियम-4 द्रव्यमान अंश

लगभग एक चौथाई बैरियन द्रव्यमान हीलियम-4 के रूप में उभरा, एक मजबूत भविष्यवाणी जो बैरियन घनत्व पर कमजोर रूप से निर्भर करती है लेकिन विस्तार दर और न्यूट्रॉन जीवनकाल के प्रति संवेदनशील होती है, जिसे धातु-गरीब बाह्यगामी गैस में मापा जाता है।

Mechanisms

खगोलविद क्वासर दृष्टि-रेखाओं के साथ प्राचीन गैस बादलों की अवशोषण रेखाओं में ड्यूटेरियम को मापते हैं, धातु-गरीब बौनी आकाशगंगाओं से उत्सर्जन में हीलियम-4 को मापते हैं, और पुराने हेलो सितारों के वायुमंडल में लिथियम को मापते हैं, बिग बैंग न्यूक्लियोसिंथेसिस द्वारा निर्धारित मूल्यों को पुनः प्राप्त करने के लिए शून्य धातुता तक बहिर्वेशित करते हैं।

Clinical relevance

मापी गई ड्यूटेरियम और हीलियम प्रचुरताओं का सिद्धांत के साथ कई परिमाणों में समझौता गर्म बिग बैंग को मान्य करता है और ब्रह्मांडीय माइक्रोवेव पृष्ठभूमि से स्वतंत्र रूप से ब्रह्मांडीय बैरियन घनत्व को ठीक करता है, जबकि लगातार लिथियम विसंगति नई भौतिकी के लिए एक संभावित खिड़की के रूप में कार्य करती है।

History

1970 के दशक में प्रारंभिक हीलियम मापों ने बिग बैंग का समर्थन किया, और 1990 के दशक से उच्च-रिज़ॉल्यूशन क्वासर स्पेक्ट्रोस्कोपी ने सटीक ड्यूटेरियम प्रचुरताएँ प्रदान कीं; जैसे-जैसे माप तेज हुए, लिथियम-7 प्रचुरता अन्यथा उत्कृष्ट समझौते के साथ एक जिद्दी विसंगति के रूप में उभरी।

Debates

लिथियम समस्या

पुराने सितारों में मापा गया लिथियम-7 ब्रह्मांडीय-माइक्रोवेव-पृष्ठभूमि बैरियन घनत्व से अनुमानित से कई गुना कम है, जिसमें तारकीय क्षय से लेकर अनिश्चित परमाणु दरों तक मानक मॉडल से परे भौतिकी तक के प्रस्तावित स्पष्टीकरण शामिल हैं, जिनमें से कोई भी अभी तक निर्णायक नहीं है।

Key figures

• Gary Steigman
• Keith Olive
• Brian Fields
• David Tytler

Seminal works

• cyburt2016

Frequently asked questions

धातु-गरीब वातावरण में प्रचुरता क्यों मापें?

तारे ब्रह्मांडीय समय के साथ हल्के तत्वों का उत्पादन और विनाश करते हैं, इसलिए आदिम मूल्यों को पुनः प्राप्त करने के लिए खगोलविद सबसे रासायनिक रूप से प्राचीन, धातु-गरीब गैस और सितारों की तलाश करते हैं, जहां बाद के तारकीय प्रसंस्करण से संदूषण सबसे कम होता है।

लिथियम समस्या क्या है?

यह बिग बैंग न्यूक्लियोसिंथेसिस द्वारा ब्रह्मांडीय माइक्रोवेव पृष्ठभूमि से बैरियन घनत्व का उपयोग करके अनुमानित लिथियम-7 प्रचुरता और प्राचीन सितारों में वास्तव में देखी गई कम मात्रा के बीच बेमेल है, एक विसंगति जो अस्पष्टीकृत बनी हुई है।