終於解決了！困擾天體物理學60年的問題，鋰元素如何產生？

在我們得印象中，宇宙中所有的元素，從最輕到最重，它們的來源問題貌似都已經解決了。

我們現在知道宇宙的基本元素（氫和氦）來自於大爆炸階段的核合成，然後這些元素在恆星中被聚變為重元素，大質量恆星死亡時所經歷的Ⅱ型超新星爆發會將這些重元素返回到宇宙空間中；

並且在這個過程中還會通過中子捕獲過程大量產生核聚變中無法生成的重元素。可以這麼說，Ⅱ型超新星的爆發基本上已經把元素周期表中的重元素包圓了。

剩下的一些缺失的部分或者缺失的比例，我們還可以從中子星的碰撞中找到。

重元素的問題是解決了，但是我們常常卻忽略了一些較輕元素的產生，如鋰、鈹、硼。相信你沒有聽說過，至少很少會看到有文章介紹這三種元素在恆星聚變中是怎樣形成的？

其實恆星在將氫元素聚變為氦以後，如果它的質量足夠大的話，直接會進入碳、氮、氧的聚變，然後是硫、矽，直到鐵、鈷、鎳這些元素。

恆星聚變的中間過程很少會經歷鋰、鈹、硼這三種元素，就算是它們被有幸生成，也會因為高溫立刻被電離成為氫、氦和中子，也很難保存在恆星中。

簡單點說，恆星聚變不能產生這三種元素。那麼問題就來了，這三種元素不能在恆星中產生，但在宇宙中確實存在，那它們是怎麼來的呢？

尤其是我們對鋰元素在大自然、太陽系、甚至是在銀河系中相對比較高的含量更是無法解釋。這個問題困擾了天體物理學將近60年的時間。

不過在最近，由天體物理學家薩姆納·斯塔爾菲爾德領導的新研究解決了鋰元素來源這個難題。找到了缺失的那一部分，這篇論文發表在《美國天文學會天體物理雜誌》上。

今天我們就著重說下鋰元素是怎麼來的？

上文說了鋰元素很難保存在高溫的恆星中，但可以存在與行星、小行星或者隕石中，通過測量太陽系隕石中鋰元素的含量，我們就能知道在太陽系形成的時候星雲中鋰元素的含量。

然後通過對銀河系大量的恆星進行觀測，測量它們的質量、大小、顏色、重元素豐度，然後跟我們的太陽進行比較，並且太陽系測量出來的鋰元素豐度，推廣至整個銀河系。

最後的出來的結果是，在銀河系中鋰元素的量相當於1000個太陽質量。

以前我們認為鋰元素的來源有三種：

138億年前的大爆炸核合成。早期大爆炸的過程中，宇宙空間雖然在膨脹，但是在很短的時間內溫度和密度非常高，足以引起類似於恆星中發生的核聚變。

這個發生在整個宇宙中氫元素到重元素的過程就是我們所說的大爆炸核合成，其在很短的時間內將宇宙中所有的質子和中子轉化為了大約75%的氫，也就是單個質子；25%的氦；0.00000007%的鈹-7。

由於鈹-7非常不穩定會在很短的時間內通過捕獲一個電子會將質子轉化為中子，變為穩定的鋰-7。大爆炸合成的鋰-7，按比例來說在銀河系中只相當於80個太陽質量。

宇宙射線（高能粒子）撞擊重元素使其重核分裂為輕核。宇宙射線大家非常熟悉，它常常來自於大質量恆星、中子星、黑洞這類高能量天體。

它撞擊重元素以後會產生鋰、鈹、硼這三種元素，這個過程其實就是地球上這三種元素的主要來源。但它所生成的絕大部分是鋰-6，只能產生微不足道的鋰-7。

以及非常特殊的恆星聚變過程。在一些質量較小的恆星中，類似於太陽，或者比太陽質量更小，它們在末期會經歷紅巨星階段，恆星外層溫度會大幅降低。

但是這樣的溫度依然是無法直接製造鋰-7，因為它十分脆弱，但可以像大爆炸的時候製造出鈹-7，然後將這些元素對流到外層溫度更低的地方，直到它衰變為鋰-7。

所以說在低溫、低質量恆星的末期中我們會發現鋰-7的含量會大幅增加，並在死亡以後將這些鋰-7返回到宇宙中。

但是通過將以上三種來源所產生的鋰元素加起來，卻低於我們星系鋰元素總量的20%。也就是說有大約800個太陽質量的鋰-7無法解釋。所以說一定有鋰元素其他未知的來源。

這次的研究結果發現了以前被我們忽視的新星，這裡需要注意的是，它不是Ⅱ型超新星、也不是1a型超新星。

它爆發的過程就產生了我們苦苦尋找的鋰-7。那麼這種新星是什麼？

新星的爆發需要一顆白矮星和恆星組成的雙星系統，白矮星來自於類似太陽恆星死亡以後的殘骸，一般它的質量和太陽差不多，但體積只有地球的大小，所以說這種天體的引力非常強，且溫度還很高。

當它周圍有一顆處於主序星階段的恆星時，這顆白矮星就會緩慢的吸積這顆伴星未燃燒的氫氣。當質量達到一定程度，不過整體質量肯定會低於1.4倍的太陽質量，不然這顆白矮星會點燃內部的氦聚變，爆發1a型超新星。

也就是說，新星的產生吸積物質的速度要相對緩慢，不然就會失控摧毀整顆白矮星，當這個緩慢的過程使得白矮星周圍的氫元素變得足夠多，就會點燃邊緣氫元素的聚變。

這個過程中會發生爆炸，產生大量的能量，形成新星。更重要的是，這個過程中會產生大量的鈹-7，直接被拋灑到宇宙中。

產生新星爆發的白矮星並不會在爆炸中被摧毀，而是會消耗小它吸積的物質，使得質量回到剛開始的時候，然後它會繼續緩慢吸積伴星的物質，然後產生下一次表面核聚變，發生爆炸。

這次科學家團隊在新星的爆發過程中發現了大量的鈹-7，而且豐度遠高於紅巨星中的鈹-7。

所以所這次的觀測發現解釋了長期以來星系中，乃至宇宙中鋰-7來源確實的問題。它來自於頻繁爆發的新星之中。