Le problème cosmologique du lithium est l’écart entre l’abondance observée de lithium dans l’univers et la quantité de lithium prédite par le modèle standard de nucléosynthèse du Big Bang (BBN). Le modèle BBN prédit que l’abondance primordiale du lithium devrait être d’environ 7,5 parties par milliard (ppb), tandis que les observations d’étoiles pauvres en métaux, qui se seraient formées peu de temps après le Big Bang, montrent une abondance de lithium d’environ 3 ppb seulement.
Il existe un certain nombre d’explications possibles au problème cosmologique du lithium. Une possibilité est que le modèle BBN soit incorrect et que l’abondance primordiale de lithium soit en réalité inférieure à celle prévue. Une autre possibilité est qu’une partie du lithium produit lors du Big Bang ait été détruite par des processus ultérieurs, tels que l’évolution stellaire ou les interactions avec la matière noire.
Une troisième possibilité est que l’abondance de lithium dans les étoiles pauvres en métaux ne soit pas aussi faible qu’il y paraît. Cela pourrait être dû à un certain nombre de facteurs, tels que les effets de la rotation stellaire ou des champs magnétiques, ou encore la présence de compagnons binaires invisibles.
Des études récentes suggèrent que le problème cosmologique du lithium pourrait être résolu si l’abondance du lithium dans les étoiles pauvres en métaux était révisée à la hausse. Par exemple, une étude d'Asplund et al. (2016) ont constaté que l’abondance du lithium dans un échantillon d’étoiles pauvres en métaux était d’environ 4,2 ppb, ce qui est nettement supérieur à la valeur précédemment acceptée de 3 ppb.
Si l’abondance du lithium dans les étoiles pauvres en métaux est effectivement plus élevée qu’on ne le pensait auparavant, cela pourrait alors apporter une solution au problème cosmologique du lithium. Cela signifierait que le modèle BBN est correct et que le lithium produit lors du Big Bang n’a pas été détruit par les processus ultérieurs.
Cependant, il est important de noter que l’abondance du lithium dans les étoiles pauvres en métaux reste encore un sujet de débat. D'autres études sont nécessaires pour confirmer les résultats d'Asplund et al. (2016) et de déterminer si le problème cosmologique du lithium peut être résolu.
L’une des solutions possibles au problème cosmologique du lithium est qu’une partie du lithium produit lors du Big Bang ait été détruite par l’évolution stellaire. Lorsque les étoiles brûlent de l’hydrogène, elles produisent du lithium comme sous-produit. Cependant, à mesure que les étoiles évoluent, elles détruisent également le lithium grâce à un processus appelé « combustion du Li ».
La vitesse à laquelle les étoiles détruisent le lithium dépend d'un certain nombre de facteurs, tels que la masse de l'étoile et sa métallicité. Les étoiles plus massives détruisent le lithium plus rapidement que les étoiles moins massives, et les étoiles avec des métallicités plus élevées détruisent le lithium plus rapidement que les étoiles avec des métallicités plus faibles.
En raison de l’évolution stellaire, l’abondance du lithium dans l’univers diminue avec le temps. Cela signifie que les étoiles les plus anciennes de l’univers ont les plus faibles abondances de lithium.
Les effets de la rotation stellaire et des champs magnétiques peuvent également affecter l’abondance du lithium dans les étoiles. La rotation et les champs magnétiques peuvent créer des zones de mélange dans les étoiles, qui peuvent transporter le lithium de la surface de l'étoile vers l'intérieur, où il peut être détruit.
En raison de la rotation et des champs magnétiques, l’abondance du lithium dans les étoiles diminue avec l’augmentation du taux de rotation et de l’intensité du champ magnétique. Cela signifie que les étoiles les plus jeunes et celles qui tournent le plus rapidement ont les plus faibles abondances de lithium.
La présence de compagnons binaires invisibles peut également affecter l’abondance du lithium dans les étoiles. Les étoiles binaires peuvent interagir les unes avec les autres grâce aux forces de marée, ce qui peut amener les étoiles à échanger de la masse. Si l’une des étoiles d’un système binaire est une étoile riche en lithium, alors le transfert de masse de cette étoile à l’autre étoile peut augmenter l’abondance de lithium de l’autre étoile.
En raison de la présence de compagnons binaires invisibles, l’abondance du lithium dans les étoiles peut être plus élevée que prévu. Cela signifie que le problème cosmologique du lithium pourrait être résolu si une fraction significative des étoiles pauvres en métaux avaient des compagnons binaires invisibles.
Le problème cosmologique du lithium est un problème complexe qui n’est pas encore entièrement compris. Il existe un certain nombre de solutions possibles au problème, et il est probable que la véritable solution implique une combinaison de facteurs. Des études supplémentaires sont nécessaires pour déterminer la cause exacte du problème cosmologique du lithium et pour trouver une solution cohérente avec toutes les données d’observation.
