“寻找迷失的世界”锚定缺失的锂元素

无论是在银河系的内部、还是在银河系的外部，依据科学家普遍接受的宇宙起源理论，恒星包含的锂元素含量比实际观测的数值多出了三倍，或者是宇宙起源的主流理论出现了问题，或者是天文学的实际观测出现了误差，近日，天文学家解答了一个令人困惑的谜题，他们在距离地球８万光年的一个星团上发现了恒星的锂元素缺失的现象，第一次在银河系外的恒星发现了锂元素含量的不足，锂元素神秘性的缺失说明了一个事实，天体物理学家既未能充分理解宇宙起源的大爆炸理论，也未有彻底了解恒星运行的机制。

英国皇家天文学会的《每月通讯》杂志刊载了天文学家首次发现的成果，主流的宇宙大爆炸理论的基本框架没有受到动摇，宇宙从超乎想象的高温、高压和高密的物理状态中诞生，早期宇宙物质的不均匀性在时空大膨胀过程中逐渐地演化为今日宇宙，人们看到的和没有看到的一切存在物实际上都是宇宙进化的产物，比如：人们看到的行星和恒星天体。

伊利诺伊大学厄本那香槟分校的理论物理学家布莱恩·菲尔兹不是观测小组的成员，对于锂元素含量在理论预测和实际观测出现的差异，他解释说目前有两种化解的方案，一是激进的解决方案：宇宙起源的大爆炸理论不完备，有一定的缺陷；二是温和的解决方案，宇宙大爆炸理论十分完善，但不能很好地解释理论预期与实际观测的差异。

科学家普遍认为，宇宙大爆炸的核合成理论有一些缺陷、存在修正的必要性，宇宙大爆炸理论已经成为基本的宇宙起源学说，在宇宙诞生之后的几分钟，物质粒子启动了核合成的反应机制，宇宙原初的核合成反应产生了三种最轻的化学元素，它们分别是氢、氦和锂，比三种轻元素更重的元素——氧﹑氮﹑碳、硅等重元素或产生于恒星的核心，或合成于强大的超新星暴。在宇宙最早期核反应机制的基础上，天体物理学家预测了通过核合成反应制造的特定数量和比例的三种轻元素。

加州大学圣克鲁兹分校的物理学家乔尔·普里马克不是实际观测小组的成员，他解释说理论预测的结果代表了人类宇宙学最伟大成就之一。理论预测的锂元素含量是实际观测数值的三倍，似乎说明有大量被遗漏的锂元素。1982年，一对天文学家夫妇组成了一个科学小组，第一次发现了锂元素含量的理论预期与实际测量的差异，弗朗索瓦和莫妮卡夫妇第一次发现了两者数量上的不匹配，从那时起，天文学家进行了多次的天文观测，得到了同样的检测结果，锂元素缺失的现象得到了反复观测的证实，但没有一位天文学家在银河系外的恒星上测量了锂元素含量的不足，观测银河系外的恒星，这是一项重要的检验方式。

意大利博洛尼亚大学的阿莱西奥·穆克西亚莱里和同事进行了新的观测，如果在银河系外的恒星上发现了锂元素的普遍缺失，那么锂元素的普遍缺失不止在银河系内发生，他们的观测成果就会代表一般性的结论。穆克西亚莱里和观测小组的成员在球状星团内选择了一颗恒星，梅西耶—54星团是小型人马座矮星系的一小部分，人马座矮星系在银河系引力的作用下发生了缓慢的分裂。观测小组使用了30小时的观测时间，欧洲南方台的大型望远镜位于智利的山峰，拥有最强大的功能，大型望远镜的观测数据表明，银河系外的恒星同样有锂元素含量不足的现象，就像在银河系内发生的现象。

宇宙最初的恒星含有更多的锂元素，比现在的恒星锂含量更高，出现了某种未知的原因，锂元素在核反应过程中毁灭了，从物质转变成能量的形态。理论物理学家菲尔兹解释说，以往的物理解释相当完备，但在细节分析上出现了困难，科学家找到了更合理的解释，在宇宙大爆炸的最初几分钟，某种能量的释放似乎限制了锂元素的合成，现有的被普遍接受的理论没有考虑锂元素制造的受限性，一旦确认了锂元素核合成机制的限制性，那些失踪或失联的锂元素可能转化成了其它的形态，变成了碎屑和浮渣。

锂元素的零碎物也许衰变为暗物质的形态。暗物质是一种看不见的物质，它们构成了今日宇宙的绝大部分物质。菲尔兹和普里马克都赞成暗物质的解答方案，锂元素的含量不足，可能是由于它们最终转化成了暗物质，宇宙锂元素的消失之谜可能不是人们想象得那么简单，恒星的核合成反应机制也不像人们理解得那么单调而乏味，可能存在人们未知的物理机理，科学家不能完全解开锂元素消失的谜团。锂元素缺失的现象与暗物质之谜产生了关联，暗物质的性质则是一个更大的科学谜题。

（编译：2014－9－15）