Künstlerische Darstellung eines Schwarzen Lochs

Kosmologie: Wo ist das Lithium?

Stockholm (Schweden)/München – Seit drei Jahrzehnten zerbrechen sich Astronomen den Kopf darüber, warum es im Kosmos weniger Lithium gibt, als theoretisch beim Urknall entstanden sein sollte. Die Untersuchung eines Forscherduos verschärft das Problem nun weiter: In extrem heißem Gas, das um Schwarze Löcher rotiert, entsteht zusätzliches Lithium, berichten die Wissenschaftler im Fachblatt „Physical Review Letters“.

„Lithium ist eines der wenigen Elemente im Kosmos, deren Häufigkeit entscheidend durch die Nukleosynthese beim Urknall beeinflusst wurde“, erläutern Fabio Iocco von der Universität Stockholm und Miguel Pato von der Technischen Universität München. In den ersten Minuten nach der Entstehung des Universums war die Materie so heiß, dass durch Fusionsprozesse aus Protonen und Neutronen das Wasserstoff-Isotop Deuterium, Helium und in kleinen Spuren auch Lithium entstehen konnten.

Theoretische Modelle der Nukleosynthese sind in hervorragender Übereinstimmung mit der beobachteten Häufigkeit von Wasserstoff und Helium in sehr alten Sternen. Bei dem Element Lithium versagen die Modelle jedoch: Sie sagen dreimal mehr Lithium voraus, als in den Außenschichten alter Sterne tatsächlich beobachtet wird. Astronomen haben eine Vielzahl von Lösungen für dieses Problem vorgeschlagen – doch keiner dieser Ansätze liefert befriedigende Ergebnisse. Denn Prozesse, die den Lithiumanteil verändern, führen oft zu neuen Widersprüchen bei der Häufigkeit anderer Elemente.

Die Arbeit von Iocco und Pato verschärft nun das Lithiumproblem zusätzlich. Denn die beiden Forscher finden keinen Prozess, der Lithium abbaut, sondern im Gegenteil einen, der zusätzliches Lithium herstellt. In der Milchstraße gibt es nach theoretischen Schätzungen mehrere hundert Millionen stellare Schwarzer Löcher – Überreste alter, kollabierter Sterne. Wenn diese Schwarzen Löcher einem nahen Stern Materie entreißen, bildet sich ein heißer, rotierender Materiering um das Schwarze Loch. In diesem Ring ist die Temperatur so hoch, dass durch Kernfusion aus Wasserstoff Lithium entstehen kann, zeigt das Forscherduo. Die Frage, wo dieses Lithium geblieben ist, können auch Iocco und Pato nicht beantworten. Aber sie weisen darauf hin, dass die Produktion von Lithium bei Schwarzen Löchern bei jedem Versuch der Lösung des Lithiumproblems berücksichtigt werden muss.