Ärzte verschreiben es gegen Depressionen: Lithium, das nach Wasserstoff und Helium drittleichteste Element im Periodensystem der Elemente. Aber es kann auch schwere geistige Probleme bereiten – zumindest Astrophysikern. Denn die Lithium-Häufigkeit im All stellt sie seit zwei Jahrzehnten vor Rätsel.
Lithium entstand in geringen Spuren bereits innerhalb der ersten zehn Minuten des Urknalls, wie auch die verschiedenen Isotope (Atomsorten) von Wasserstoff und Helium. Die gemessenen Häufigkeiten dieser Elemente im All stimmen sehr gut mit den theoretischen Modellen und Vorhersagen überein. Das ist eine der stärksten Stützen der Theorie vom Urknall. Die Häufigkeit der Lithium-Isotope passt dagegen nicht so gut zu ihr.
Da ist zum einen Lithium-7: Es besteht aus drei Protonen und vier Neutronen. Spektralmessungen seiner Häufigkeit in Sternatmosphären liegen um den Faktor 3 bis 5 unterhalb der Voraussage der Urknall-Nukleosynthese. Doch in den letzten Jahren haben mehrere Studien – unter anderem des Astrophysikers Jorge Meléndez von der Universität Sao Paulo und seiner Kollegen – ergeben, dass ein Teil von Lithium-7 im Lauf der Jahrmilliarden ins Sterninnere absinkt. Denn das Element ist schwerer als Wasserstoff und Helium. „Das letzte Wort dazu ist noch nicht gesprochen, aber wahrscheinlich erklärt dieser Mechanismus das fehlende Lithium-7″, schreiben Meléndez und sein Team.
Lithium-6, zusammengesetzt aus je drei Protonen und Neutronen, stellt die Wissenschaftler vor das umgekehrte Problem: Seit 1993 haben mehrere Astronomenteams angebliche Nachweise dieses Isotops in den Atmosphären alter Sterne, die arm an schwereren Elementen sind, veröffentlicht. Wenn sie richtig sind, müsste es von den fragilen Atomen 200 Mal so viel im Universum geben, als mit der Standardtheorie vom Urknall vereinbar ist. Lithium-6 sollte zudem viel seltener als Lithium-7 im Urknall erzeugt worden sein – etwa um den Faktor 50 000 weniger – und wäre somit heute gar nicht mehr nachweisbar.
Falls aber doch, dann müssen entweder unsere Vorstellungen von der Entstehung des Universums revidiert werden, oder es gibt zusätzliche Produktionsquellen von Lithium-6 – beispielsweise die Wechselwirkung Kosmischer Strahlung mit den ersten Sternen oder gewaltige Stoßvorgänge bei der Bildung von Galaxienhaufen. Aber nichts davon passt gut zu den etablierten kosmologischen Modellen. Doch wahrscheinlich ist der Lithium-6-Überschuss gar nicht echt. Das ergab eine gerade bei der Zeitschrift „Astronomy & Astrophysics” zur Publikation angenommene Studie von Karin Lind vom Max-Planck-Institut für Astrophysik in Garching bei München. Zusammen mit vier Kollegen hatte sie mit dem 10-Meter-Teleskop des Keck-Observatoriums auf Hawaii nachgemessen. Außerdem setzten die Forscher sehr komplexe Verfahren zur Datenanalyse ein – realistische dreidimensionale Modelle der stellaren Oberflächendynamik im Gegensatz zu den bislang meist üblichen eindimensionalen Modellen.
Die neue Studie basiert auch auf dem technischen Fortschritt. So ließ sich durch die hohe spektrale Auflösung des HIRES-Instruments (High Resolution Echelle Spectrometer) am Keck-I-Teleskop die Menge von Lithium-6 abschätzen, erklärt Jorge Meléndez, der zu Linds Team gehört. „Das enorme Lichtsammelvermögen des Teleskops ermöglichte es, vier alte Halo-Sterne zu erforschen. Frühere Studien waren dafür nicht empfindlich genug.”
Das Ergebnis der neuen Messungen ist eindeutig: Die bisherigen Lithium-6-Resultate sind sehr wahrscheinlich falsch. Die Daten wurden fehlerhaft analysiert und interpretiert, ebenso die Voraussetzungen für die Auswertung der früheren Messungen. „Unser Resultat beseitigt die Diskrepanz zwischen der Lithium-6- und der Lithium-7-Häufigkeit in Sternen und dem Standardmodell des Urknalls”, freut sich Karin Lind.
Das Fazit ihrer aktuellen Publikation lautet: „Es gibt zurzeit keinen empirischen Hinweis auf einen hohen Lithium-6-Gehalt in der jungen Milchstraße, der auf eine kosmologische Entstehung hinweist.” Kein Grund also für kosmische Depressionen. ■
von Rüdiger Vaas
