L'énigme du lithium cosmologique est presque résolue

Une image d'artiste illustrant la quête de la détermination de l’abondance des
isotopes du lithium dans les atmosphères des vieilles étoiles. Les plus anciennes sont
supposées garder la mémoire des abondances d'origine cosmologique, c'est-à-dire
déterminées par la nucléosynthèse primordiale datant des premières minutes du Big Bang.
© Karin Lind, Davide De Martin

Le 01/07/2013 à 18:23 - Par Laurent Sacco, Futura-Sciences


La théorie du  Big Bang repose essentiellement sur trois principes. Il y a d’abord la relativité générale et l’expansion de l’univers observable qu’elle prédit. Cette expansion et sa loi ont été, on le sait maintenant, découvertes et interprétées correctement par Georges Lemaître (1894-1966), et ce avant Edwin Hubble (1889-1953). Mais il est vrai que pour cela, Lemaître avait utilisé des observations de Hubble. Le second pilier est celui du rayonnement fossile, avec son spectre de corps noir si parfait que l’on ne peut l’expliquer en dehors de la cosmologie relativiste standard. Il y a enfin la prédiction correcte de l’abondance des isotopes d’hydrogène et d’hélium que l’on aurait bien du mal à reproduire dans le cadre de la théorie de la nucléosynthèse stellaire.

Toutefois, les astrophysiciens nucléaires n’ont jamais cherché à masquer les faiblesses des prédictions de la théorie de la nucléosynthèse primordiale concernant l’abondance des isotopes de lithium 6  et 7. Les calculs ne collent pas aux observations et il y a donc une tension entre les prédictions de la cosmologie standard et les données expérimentales. Certains, bien sûr, pourraient en tirer des raisons de douter de la théorie du Big Bang, malgré la solidité des autres prédictions qui, elles, concordent remarquablement avec les observations.

L'énigme cosmologique du lithium 7

Il se trouve cependant que l’abondance de lithium 6  et 7  est faible, et donc difficilement mesurable avec précision. En outre, plusieurs processus ont pu détruire ou produire des isotopes du lithium après la phase de nucléosynthèse primordiale qui a eu lieu pendant les trois premières minutes de l’univers observable.

Mais tout de même, quand les astrophysiciens tentaient de déduire l’abondance de ces isotopes dans les atmosphères des plus anciennes étoiles de la Voie lactée, qui pouvaient donc être des témoins fidèles des abondances cosmologiques primitives, le désaccord restait gênant et énigmatique. En effet, l’interprétation des données spectrales basées sur la théorie des atmosphères stellaires, dont Chandrasekhar fut l’un des pionniers, donnait une valeur environ 200 fois trop élevée pour l’abondance de lithium 6, et 3 à 5 fois trop basse pour l’abondance de lithium 7.

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