论原初氦的丰度

我们利用近期对约四十多个低金属丰度河外HII区的氦-4、氮和氧的观测数据，定义了平均的N与O、$^4He$与N以及$^4He$与O的关系，并将其外推至零金属丰度，以确定原初$^4He$质量分数$Y_P$。这些数据以及基于氮和氧选取的各类数据子集，均与$Y_P = 0.232 \pm 0.003$一致。对于2$\sigma$（统计）上限，我们得到$Y_P^{2\sigma} \le 0.238$。估计2%的系统不确定性$(\sigma _{syst} = \pm 0.005)$后，得到原初氦质量分数的最大上限：$Y_P^{MAX} = Y_P^{2\sigma} + \sigma_{syst} \le 0.243$。我们将这些$Y_P$的上限与大爆炸核合成的最新预测产量进行比较，推导出核子-光子比$\eta$ ($\eta_{10} \equiv 10^{10}\eta$)和等效轻中微子种类数$N_\nu$的上限。对于$Y_P \le 0.238$ ($0.243$)，我们得到$\eta_{10} \le 2.5 (3.9)$和$N_\nu \leq 2.7 (3.1)$。如果确实$Y_P \le 0.238$，那么大爆炸核合成预测的氘和氦-3产量会增加，这可能与从太阳系和星际介质的模型依赖（化学演化）外推中推断出的原初丰度相冲突。更好的化学演化模型和更多的数据——特别是类星体Ly-$\alpha$云中的$D$吸收——对于解决大爆炸核合成的这一潜在危机至关重要。更大的上限$Y_P \leq 0.243$则完全与观测相容。