Один із перших хімічних елементів у Всесвіті: фізики виявили головне джерело літію
Походження літію довгий час залишилося загадкою. Тепер же вчені сформулювали теорію, яка підкріплює аргументи на користь одного можливого походження літію, одночасно заперечуючи інше.
Дослідження опубліковано в Physical Review Letters, пише Phys.
Літій: дуже легкий елемент і має два ізотопи
- Літій — це третій хімічний елемент у періодичній таблиці після водню та гелію. Вважається, що після народження Всесвіту космос був наповнений не тільки воднем і невеликою кількістю гелію, але ще й крихітною кількістю літію.
- Літій — це найлегший елемент з усіх металів. Головне сучасне застосування літію — це виробництво літій-іонних батарей.
- На Землі літій здебільшого добувають із мінералів.
- Літій має два стабільних ізотопи — літій-6 і літій-7, причому останній є найпоширенішим.
У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!
Літій і космічні промені
Літій у космосі зазвичай зустрічається в космічних променях у вигляді двох вищевказаних ізотопів, і він має вирішальне значення для розуміння походження Всесвіту та еволюції хімічних елементів.
Космічні промені — що це?
Космічні промені — це високоенергетичні заряджені частинки, переважно протони, але також ядра атомів, які рухаються в космосі зі швидкостями, близькими до швидкості світла (300 000 км/с). Космічні промені не є електромагнітним випромінюванням, тобто світлом, тому їх не можна побачити безпосередньо. Їх можна виявити за допомогою продуктів їхньої взаємодії з матерією.
Походження літію
Літій має принаймні три можливих джерела походження:
- він був створений у результаті зіткнень важких ядер космічних променів;
- він був створений під час Великого вибуху, коли народився Всесвіт;
- він був створений унаслідок розпаду берилію в зірках малої маси або під час вибухів нових (термоядерний вибух, що виникає на зірках білих карликах, які є залишками зірок, схожих на Сонце).
Звідки все-таки береться літій?
Ядра атомів літію рідко зустрічаються в Сонячній системі, але їх багато в космічних променях. Фізики кажуть, що, хоча літій міг бути створений під час Великого вибуху, його кількість, передбачена моделюванням, не відповідає тому, що спостерігається в зірках або виводиться з даних космічних променів.
Раніше фізики вимірювали співвідношення літію-6 і літію-7, але між вимірами потоків літію і моделями поширення космічних променів спостерігалася невідповідність. Також більшість вимірювань потоків літію проводилися нижче жорсткості 1,9 Гев.
- Жорсткість космічних променів — це міра здатності магнітного поля відхиляти їхню траєкторію, а також, у широкому сенсі, показник енергії космічних частинок. Вона залежить від енергії та заряду частинки.
Фізики вирішили, що вивчення ширших діапазонів жорсткості космічних променів може показати справжнє походження ізотопів літію. Вчені використовували дані приладу AMS-02, розміщеного на борту Міжнародної космічної станції, детектори якого вимірювали потоки космічних променів.
Результати показали, що літій-6 і літій-7 демонструють майже однакові зміни в усьому діапазоні жорсткості космічних променів. Вище жорсткості 4 Гев зміни в часі відповідали змінам інших ядер космічних променів.
Це підтверджує теорію про те, що обидва стабільні ізотопи літію утворюються внаслідок зіткнень важчих ядер космічних променів із міжзоряним середовищем. Тобто коли космічні промені стикаються з ядрами важчих елементів (таких як вуглець, азот і кисень) у міжзоряному просторі, вони можуть вибивати з них фрагменти, зокрема ядра літію. Таким чином літій, найімовірніше, не був створений у результаті Великого вибуху.
Як літій опинився на Землі?
Нині вважається, що літій був частиною протопланетного диска, що оточував понад 4,5 млрд років тому молоде Сонце. Коли в цьому диску сформувалася Земля, то вона отримала літій, який зараз знаходиться на нашій планеті не в чистому вигляді, а у вигляді сполук. Річ у тім, що літій дуже легко вступає в реакцію з іншими хімічними елементами.
Фокус уже писав про те, в якому порядку формувалися планети Сонячної системи.
Також Фокус писав про те, що фізики вперше перетворили бозони на екзотичні частинки. Це відкриття не тільки змінює розуміння квантової матерії, а й відкриває нові можливості для створення майбутніх квантових технологій.