作者:赵刚等 来源:《自然—天文》 发布时间:2020/7/8 8:42:36
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类太阳恒星普遍可以产生锂元素

 

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。中科院国家天文台供图

作为自然界中最轻的金属,锂驱动了人类的现代通讯设备和运输行业,也是世界各国紧盯的重要资源。那么在宇宙中,锂是不是很稀罕呢?7月6日,中国科学院国家天文台研究员赵刚团队及国际合作者在《自然—天文》杂志发表了一项最新研究成果,他们发现,类太阳恒星普遍可以产生锂元素。

“绝大多数锂的起源可以追溯到同一个事件,那就是大约138亿年前发生的宇宙大爆炸,也就是宇宙的起源。”论文共同通讯作者赵刚说,“锂元素是连接宇宙大爆炸、星际物质和恒星的关键元素,对锂元素的研究一直是宇宙和恒星演化的重要课题。”

可是,尽管锂诞生很早,但天文学家普遍认为,锂元素将会在恒星中逐渐消失。这是由于锂在恒星内部相对较低的温度下参与核反应,再经过与外部大气的混合,就会导致最初的锂在恒星生命周期中消失。一个案例就是,太阳和地球中所有元素的组成都是相似的,且被认为是几乎同时形成,但太阳中的锂含量却比地球中的含量低了100倍。

随着观测技术的进步,人们不断发现一些类太阳恒星大气中的锂含量非常之高,在某些情况下比理论模型预测高出10万倍。到底是什么原因导致了类太阳恒星中锂含量异常升高?这个问题在过去40年里一直困扰着研究人员。

借助银河考古项目、郭守敬望远镜和盖亚天文卫星等的巡天数据,该研究团队揭示了类太阳恒星普遍产生锂元素的机制。“我们系统地研究了晚期类太阳恒星中锂丰度异常升高的现象。论文第一作者Kumar博士说:“我们惊地发现,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。

理论模型预测,经历此阶段的恒星锂含量应该非常低,但实际上,科研人员的观测却发现这些恒星的锂含量平均高出理论预测值的200多倍,这表明类太阳恒星通过氦闪产生了新的锂元素。由于氦闪是类太阳恒星演化过程中必然会经历的过程,因此类太阳恒星经过氦闪后普遍会产生锂元素。

此外,该研究还提出了一个新的标准来鉴别被称为“富锂巨星”的天体。按照这个标准,人们在过去40年间所发现的富锂巨星可能只是宇宙中的冰山一角。

“郭守敬望远镜的数据在鉴别氦闪恒星的过程中发挥了重要作用。”赵刚说,“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。”(来源:中国科学报 丁佳)

相关论文信息:https://doi.org/10.1038/s41550-020-1139-7

 
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