Le problème
Le problème de l’abondance du lithium dans les vieilles étoiles alimente depuis de longues années une discussion : l’abondance observée est-elle celle du Big Bang, conservée intacte ? ou a-t-elle été diminuée par divers phénomènes stellaires (vents, mélanges convectifs et/ou rotationnels, diffusion, destruction dans les couches profondes) et éventuellement augmentée par la production des rayons cosmiques ? La quantité de lithium actuellement observée dans les couches externes du Soleil est nettement plus faible que la quantité initiale (connue grâce aux météorites), et l’hélium solaire montre l’existence de phénomènes de diffusion.
Mais les vieilles étoiles sont pauvres en métaux, elles ont une structure (et une histoire) différente de celle du Soleil. Plusieurs théories ont proposé dans le passé que l’abondance initiale du lithium (celle du Big Bang) dans ces vieilles étoiles était diminuée de 90% au cours du temps. Il aurait alors fallu multiplier par 10 l’abondance observée pour obtenir l’abondance du big bang. Cependant la diminution calculée varie en fonction de la température effective, de la masse, de la métallicité, de la rotation de l’étoile, de sorte qu’on devrait alors observer une forte dispersion des abondances de lithium restantes, mais cette dipersion n’est pas observée. Les théories actuelles prédisent une diminution plus faible, et par conséquent une dispersion plus faible. Les mesures ne sont pas parfaites, et donnent une faible dispersion due aux erreurs. Il devient difficile de distinguer ce qui revient aux erreurs de mesure ou aux variations d’éventuels processus de diminution.
Figure 1. Observation de la raie de lithium dans 5 étoiles de l’amas globulaire NGC 6397. L’erreur de mesure est indiquée en chaque point de la raie d’absorption. La raie est dissymétrique, parce qu’elle est produite par un doublet à composantes inégales. Trois profils synthétiques sont calculés, le meilleur ajustement est celui du milieu. A chaque tracé correspond une largeur équivalente (EW). Les largeurs équivalentes sont différentes d’une étoile à l’autre, parce que les températures sont différentes, mais les abondances de lithium sont très voisines.
Les étoiles de champ, mesurées de façon analogue donnent la même abondance de lithium. Ainsi, les abondances de lithium des vieilles étoiles fournissent une très bonne évaluation de l’abondance de lithium par la nucléosynthèse primordiale : NLi/NH = 2.1 10-10. Et les prédictions de cette nucléosynthèse impliquent un rapport du nombre de baryons au nombre de photons Nb/Np = 4.3 10-10, soit classiquement une densité baryonique h2 = 0.016 + 0.004 (où h est la constante de Hubble normalisée à 100km/s/Mpc), en accord satisfaisant avec les déterminations des abondances primordiales de D, 3He, He et avec les fluctuations du fond cosmologique dans les limites d’erreurs. Le problème du lithium n’est pas entièrement résolu. L’échantillon devrait être étendu, ce qu’on pourra faire économiquement en utilisant bientôt la spectroscopie multi-objets au VLT (FLAMES). L’abondance d’azote devrait être mieux comprise. L’apport des rayons cosmiques devrait être mieux évalué. La cause de quelques rares abondances aberrantes de lithium devrait être éclaircie, ainsi que l’effet des binarités.
Reference :
- P. Bonifacio, L. Pasquini, F. Spite, A. Bragaglia, E. Carretta, V. Castellani, M. Centurion, A. Chieffi, R. Claudi, G. Clementini, F. D’Antona, S. Desidera, P. Francois, R.G. Gratton, F. Grundahl, G. James, S. Lucatello, C. Sneden), O. Straniero "The lithium content of the globular cluster NGC 6397" Astronomy and Astrophysics, accepted astro-ph/0204332
Contact :
- François Spite (Observatoire de Paris, GEPI)
- Patrick François (Observatoire de Paris, GEPI)
- Gaël James (Observatoire de Paris, GEPI)