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天文學(xué)家通過監(jiān)測(cè)富鋰巨星的心跳和分析它們的光譜揭秘其真實(shí)身份。喻京川繪圖

鋰元素在恒星中的起源與演化一直困擾著天文學(xué)家。

來自中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)等國(guó)內(nèi)外單位的研究人員，借助我國(guó)重大基礎(chǔ)科技設(shè)施LAMOST巡天數(shù)據(jù)和美國(guó)開普勒太空望遠(yuǎn)鏡的星震數(shù)據(jù)，通過監(jiān)聽恒星的“心跳”，發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)富鋰巨星其實(shí)比之前認(rèn)為的更“老”一些，它們都是紅團(tuán)簇星，而不是傳統(tǒng)上所認(rèn)為的紅巨星。

這一發(fā)現(xiàn)挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)恒星演化理論，對(duì)最終解開鋰元素的起源之謎至關(guān)重要。相關(guān)研究成果于10月6日在線發(fā)表于《自然·天文》雜志上。

鋰元素含量困擾天文學(xué)家

事實(shí)上，鋰是宇宙中最早形成的元素之一。伴隨著137億年前的大爆炸，鋰元素在宇宙誕生后的20分鐘內(nèi)就出現(xiàn)了，作為構(gòu)成當(dāng)今物質(zhì)宇宙的基本元素之一，說它連接了宇宙的過去與現(xiàn)在一點(diǎn)也不為過。

但是，鋰元素在宇宙中很多天體內(nèi)的含量卻與理論表現(xiàn)出較大差異，這一直困擾著天文學(xué)家。

富鋰巨星就是這種矛盾的一個(gè)典型例子。巨星是恒星演化到生命晚期階段時(shí)的名字，因?yàn)樗鼈兘?jīng)歷了一個(gè)“發(fā)?！钡倪^程，和處于青壯年的恒星相比身形更加巨大。

顧名思義，富鋰巨星的鋰元素含量遠(yuǎn)超同類的巨星天體。它們?cè)谕砥诘男≠|(zhì)量恒星中只占1%，但其大氣中所蘊(yùn)含的鋰元素卻比99%的晚期小質(zhì)量恒星高出成百上千倍。

這些天體中的鋰是如何產(chǎn)生的？天文學(xué)家一直在努力尋找答案。

如同人類一樣，恒星也有誕生、成長(zhǎng)、衰老及死亡等過程。太陽就是一顆正處于青壯年時(shí)期的恒星。不過，隨著恒星不斷發(fā)光發(fā)熱，其內(nèi)部物質(zhì)會(huì)出現(xiàn)明顯的變化，并由此產(chǎn)生一系列改變。

紅巨星和紅團(tuán)簇星是恒星進(jìn)入晚年后兩種不同階段，它們內(nèi)部進(jìn)行核反應(yīng)的物質(zhì)不完全相同，因此其結(jié)構(gòu)和物理過程也具有顯著差異。但如果僅從表面上看，天文學(xué)家很難判斷一顆恒星究竟是紅巨星還是紅團(tuán)簇星。

“這是因?yàn)閮煞N恒星在溫度和光度方面相差無幾，就像我們很難判斷一位白發(fā)蒼蒼的老者到底是70歲還是80歲一樣，只能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行一個(gè)大致的估計(jì)，但并不一定非常準(zhǔn)確?！闭撐墓餐ㄓ嵶髡摺⒅袊?guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)研究員趙剛解釋道。

恒星“心跳”泄露身份

長(zhǎng)久以來，天文學(xué)家認(rèn)為，紅巨星內(nèi)部劇烈的對(duì)流為鋰元素的產(chǎn)生創(chuàng)造了條件，因此大部分富鋰巨星應(yīng)該是紅巨星。

但是，對(duì)此持懷疑態(tài)度的科研團(tuán)隊(duì)通過我國(guó)LAMOST、日本昴星團(tuán)等望遠(yuǎn)鏡采集了大量富鋰巨星的光譜，并借助開普勒太空望遠(yuǎn)鏡獲得了這些富鋰巨星的震動(dòng)數(shù)據(jù)，得到了截然不同的結(jié)論。

“我們給恒星做了‘心電圖’。”論文第一作者、中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)副研究員閆宏亮介紹道，“星震就像是恒星的心跳，能夠傳遞恒星內(nèi)部的真實(shí)信息，就算兩者表面上看起來差不多，但紅巨星和紅團(tuán)簇星的‘心臟’是不同的?！?/p>

研究發(fā)現(xiàn)，超過80%的富鋰巨星是紅團(tuán)簇星，而且不同類型的富鋰巨星在鋰含量、恒星質(zhì)量等多個(gè)方面均與傳統(tǒng)認(rèn)知存在著顯著差別。

對(duì)此，論文共同通訊作者、中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)研究員施建榮評(píng)論道，這些發(fā)現(xiàn)很難用傳統(tǒng)理論去解釋。由于內(nèi)部物理環(huán)境不同，原有的理論并不適用于紅團(tuán)簇星，需要盡快尋找到這一觀測(cè)現(xiàn)象的真實(shí)原因。

“我們看到最近國(guó)際上提出了不少新的理論來解釋這個(gè)問題?！壁w剛說，包括氦閃、雙星的合并、特殊的對(duì)流等，雖然目前尚無定論，但下一步的關(guān)鍵就是去逐一檢驗(yàn)這些理論，找到真相。(記者 陸成寬)