【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】在類太陽恒星中，高含量的鋰元素罕見嗎？類太陽恒星會產(chǎn)生鋰元素嗎？它發(fā)生在恒星演化的哪個階段？中國科學院國家天文臺研究員趙剛和博士Kumar領(lǐng)導(dǎo)的團隊，利用我國重大科技基礎(chǔ)設(shè)施郭守敬望遠鏡(LAMOST)光譜數(shù)據(jù)及GALAH巡天數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，類太陽恒星經(jīng)過氦閃后普遍可以產(chǎn)生鋰元素，該發(fā)現(xiàn)解開了上述謎題。7月6日，這一研究成果發(fā)表在《自然-天文》(Nature Astronomy)上。
鋰通常用于現(xiàn)代通訊設(shè)備和運輸行業(yè)。手機、平板電腦、電動汽車等都使用鋰電池供電。此外，鋰元素還被大量應(yīng)用于航空航天、國防等領(lǐng)域。但鋰元素從何而來？絕大多數(shù)鋰的起源可以追溯到同一個事件，那就是大約138億年前發(fā)生的宇宙大爆炸，也就是宇宙的起源。鋰是目前已知的在宇宙早期大爆炸中早產(chǎn)生的三種元素之一(另外兩種是氫和氦)。一直以來，鋰元素是連接宇宙大爆炸、星際物質(zhì)和恒星的關(guān)鍵元素，對鋰元素的研究是宇宙和恒星演化的重要課題。
宇宙大爆炸時期的鋰含量小幅增長，主要是由于高能宇宙射線轟擊星際介質(zhì)中較重的原子核，如碳和氧，將它們分裂成較小的原子，如鋰。與其他元素不同，研究人員普遍認為鋰元素將會在恒星中逐漸消失。這是由于鋰在恒星內(nèi)部相對較低的溫度下(250萬度，即一百萬度的幾倍)參與核反應(yīng)，再經(jīng)過與外部大氣的混合，初的鋰就會在恒星生命周期中消失。比如太陽和地球的組成元素高度相似，且被認為幾乎同時形成，但太陽中的鋰含量卻比地球中的鋰含量低了100倍。隨著觀測技術(shù)的進步，人們陸續(xù)發(fā)現(xiàn)，部分類太陽恒星(在銀河系中大約占1/100)大氣中的鋰含量非常高，在某些情況下，甚至比理論模型預(yù)測高出10萬倍。到底什么原因?qū)е铝祟愄柡阈侵袖嚭慨惓Ｉ撸窟@個問題在過去四十年里一直困擾著研究人員。
借助GALAH、LAMOST和GAIA巡天數(shù)據(jù)，研究團隊發(fā)現(xiàn)了類太陽恒星經(jīng)過氦閃后普遍可以產(chǎn)生鋰元素，解開了上述謎團。論文第一作者Kumar表示，研究團隊系統(tǒng)地研究了晚期類太陽恒星中鋰豐度異常升高的現(xiàn)象。令人驚訝的是，類太陽恒星經(jīng)過氦閃后鋰豐度異常升高的現(xiàn)象極為普遍。氦閃是類太陽恒星中的一個標志性事件，在恒星演化的晚期，其核心不斷積累氦元素，并導(dǎo)致溫度和壓力持續(xù)上升。這個巨大的氦核終被點燃，發(fā)生劇烈失控地核燃燒，就像在恒星內(nèi)部引爆了一顆氦原子彈，在幾分鐘內(nèi)釋放出相當于整個銀河系的能量。理論模型預(yù)測，經(jīng)歷此階段的恒星鋰含量應(yīng)該非常低，但實際上，觀測卻發(fā)現(xiàn)這些恒星的鋰含量平均高出理論預(yù)測值的200多倍，這表明類太陽恒星通過氦閃產(chǎn)生了新的鋰元素。由于氦閃是類太陽恒星演化過程中必然會經(jīng)歷的過程，因此類太陽恒星經(jīng)過氦閃后普遍會產(chǎn)生鋰元素。LAMOST數(shù)據(jù)在鑒別氦閃恒星的過程中發(fā)揮了重要作用。
此外，該研究還提出了一個新的標準來鑒別被稱為富鋰巨星的天體，照此標準，人們在過去40年間所發(fā)現(xiàn)的富鋰巨星可能只是宇宙中的冰山一角。
研究團隊負責人、論文共同通訊作者趙剛介紹，對我們而言，下一步研究的關(guān)鍵是了解鋰在氦閃和混合機制之間的核聚變，這里依然包含著很多未解之謎。
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