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【中國新聞網】天文學家研究揭秘:類太陽恒星氦閃後可普遍産生锂元素

 

  恒星中锂元素从主序经过红巨星、氦闪(红巨星上端)到红团簇的氦核燃烧阶段的演化。虚线为模型预测;红色符号带代表红团簇星的氦核燃烧阶段。(研究团队 供图)

  在類太陽恒星中,高含量的锂元素罕見嗎、類太陽恒星會産生锂元素嗎、它發生在恒星演化的哪個階段……作爲目前所知宇宙最早産生的三種元素之一,锂在天文學研究中長期以來頗受關注。

  中國科學院國家天文台赵刚研究員和库马尔(Kumar)博士领导的国际团队,利用中国重大科技基础设施郭守敬望远镜(大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜,英文缩写LAMOST)光谱数据及国际GALAH巡天数据等,最新研究揭晓类太星恒星与锂之间的谜题:类太阳恒星经过氦闪后普遍可以产生锂元素。

  这一重要天文学研究成果論文,北京时间7月6日夜间在国际权威天文期刊《自然·天文》发表。論文共同通讯作者赵刚对媒体表示,“对我们而言,下一步研究的关键是了解锂在氦闪和混合机制之间的核聚变,这里依然包含着很多未解之谜”。

  中科院國家天文台介紹,锂、氫、氦是目前已知大約138億年前發生宇宙大爆炸中最早産生的三種元素,一直以來,锂元素是連接宇宙大爆炸、星際物質和恒星的關鍵元素,對锂元素的研究是宇宙和恒星演化的重要課題。

  宇宙大爆炸時期的锂含量小幅增長,主要是由于高能宇宙射線轟擊星際介質中較重的原子核,如碳和氧,將它們分裂成較小的原子,如锂。與其他元素不同,天文學界普遍認爲锂元素將會在恒星中逐漸消失。這是由于锂在恒星內部相對較低的溫度下(250萬度)參與核反應,再經過與外部大氣的混合,最初的锂就會在恒星生命周期中消失。

  科學家舉例稱,比如太陽和地球的組成元素高度相似,且被認爲幾乎同時形成,但太陽中的锂含量卻比地球中的锂含量低100倍。隨著觀測技術的進步,人們陸續發現,部分類太陽恒星(在銀河系中大約占1/100)大氣中的锂含量非常高,在某些情況下,甚至比理論模型預測高出10萬倍。

  到底什麽原因導致類太陽恒星中锂含量異常升高?這個問題在過去40年裏一直困擾著幸运七星研究人員。研究團隊最新發現類太陽恒星經過氦閃後普遍可以産生锂元素,終于解開了這一謎團。

  成果論文第一作者库马尔说,研究团队通过系统研究晚期类太阳恒星中锂丰度异常升高的现象,发现类太阳恒星经过氦闪后锂丰度异常升高的现象极为普遍。氦闪是类太阳恒星中的一个标志性事件,在恒星演化的晚期,其核心不断积累氦元素,并导致温度和压力持续上升。“这个巨大的氦核最终被点燃,发生剧烈失控地核燃烧,就像在恒星内部引爆了一颗氦原子弹,在几分钟内释放出相当于整个银河系的能量”。

  他指出,理論模型預測經曆此階段的恒星锂含量應該非常低,但實際上,觀測卻發現這些恒星的锂含量平均高出理論預測值的200多倍,這表明類太陽恒星通過氦閃産生了新的锂元素。由于氦閃是類太陽恒星演化過程中必然會經曆的過程,因此,類太陽恒星經過氦閃後普遍會産生锂元素。在鑒別氦閃恒星的過程中,LAMOST數據發揮出重要作用。

  此外,該研究還提出一個新的標准來鑒別被稱爲富锂巨星的天體,照此標准,人們在過去40年間所發現的富锂巨星可能只是宇宙中的冰山一角。