Det kosmologiska litiumproblemet är diskrepansen mellan det observerade överflödet av litium i universum och mängden litium som förutsägs av standardmodellen Big Bang nukleosyntes (BBN). BBN-modellen förutspår att den ursprungliga litiumförekomsten bör vara omkring 7,5 delar per miljard (ppb), medan observationer av metallfattiga stjärnor, som tros ha bildats strax efter Big Bang, visar en litiumförekomst på endast omkring 3 ppb.
Det finns ett antal möjliga förklaringar till det kosmologiska litiumproblemet. En möjlighet är att BBN-modellen är felaktig och att den ursprungliga litiummängden faktiskt var lägre än förutspått. En annan möjlighet är att en del av litiumet som producerades i Big Bang förstördes av efterföljande processer, såsom stjärnutveckling eller interaktioner med mörk materia.
En tredje möjlighet är att mängden litium i metallfattiga stjärnor inte är så låg som den verkar. Detta kan bero på ett antal faktorer, såsom effekterna av stjärnrotation eller magnetfält, eller närvaron av osynliga binära följeslagare.
Nyligen genomförda studier har föreslagit att det kosmologiska litiumproblemet kan lösas om litiumförekomsten i metallfattiga stjärnor revideras uppåt. Till exempel har en studie av Asplund et al. (2016) fann att litiumförekomsten i ett prov av metallfattiga stjärnor var runt 4,2 ppb, vilket är betydligt högre än det tidigare accepterade värdet på 3 ppb.
Om mängden litium i metallfattiga stjärnor verkligen är högre än man tidigare trott, kan detta ge en lösning på det kosmologiska litiumproblemet. Detta skulle innebära att BBN-modellen är korrekt, och att litiumet som producerades i Big Bang inte förstördes av efterföljande processer.
Det är dock viktigt att notera att mängden litium i metallfattiga stjärnor fortfarande är en diskussionsfråga. Ytterligare studier behövs för att bekräfta resultaten av Asplund et al. (2016) och för att avgöra om det kosmologiska litiumproblemet kan lösas.
En av de möjliga lösningarna på det kosmologiska litiumproblemet är att en del av litiumet som producerades i Big Bang förstördes av stjärnevolutionen. När stjärnor förbränner väte producerar de litium som en biprodukt. Men när stjärnorna utvecklas förstör de också litium genom en process som kallas "Li-burning".
Den hastighet med vilken stjärnor förstör litium beror på ett antal faktorer, såsom stjärnans massa och dess metallicitet. Mer massiva stjärnor förstör litium snabbare än mindre massiva stjärnor, och stjärnor med högre metallicitet förstör litium snabbare än stjärnor med lägre metallicitet.
Som ett resultat av stjärnutvecklingen minskar mängden litium i universum med tiden. Det betyder att de äldsta stjärnorna i universum har de lägsta mängderna litium.
Effekterna av stjärnrotation och magnetfält kan också påverka litiumförekomsten i stjärnor. Rotation och magnetfält kan skapa blandningszoner i stjärnor, som kan transportera litium från stjärnans yta till det inre, där det kan förstöras.
Som ett resultat av rotation och magnetfält minskar mängden litium i stjärnor med ökande rotationshastighet och magnetfältstyrka. Det betyder att de yngsta och snabbast roterande stjärnorna har de lägsta litiumförekomsterna.
Närvaron av osynliga binära följeslagare kan också påverka litiumförekomsten i stjärnor. Binära stjärnor kan interagera med varandra genom tidvattenkrafter, vilket kan få stjärnorna att byta massa. Om en av stjärnorna i ett binärt system är en litiumrik stjärna, så kan överföringen av massa från denna stjärna till den andra stjärnan öka mängden litium i den andra stjärnan.
Som ett resultat av närvaron av osynliga binära följeslagare kan litiumförekomsten i stjärnor vara högre än förväntat. Detta innebär att det kosmologiska litiumproblemet kan lösas om en betydande del av metallfattiga stjärnor har osynliga binära följeslagare.
Det kosmologiska litiumproblemet är ett komplext problem som ännu inte är helt förstått. Det finns ett antal möjliga lösningar på problemet, och det är troligt att den verkliga lösningen involverar en kombination av faktorer. Ytterligare studier behövs för att fastställa den exakta orsaken till det kosmologiska litiumproblemet och för att hitta en lösning som överensstämmer med alla observationsdata.
