天文學家研究揭秘:類太陽恆星氦閃後可普遍產生鋰元素

2020-12-01 手機鳳凰網

（研究團隊 供圖）

恆星中鋰元素從主序經過紅巨星、氦閃（紅巨星上端）到紅團簇的氦核燃燒階段的演化。虛線為模型預測；紅色符號帶代表紅團簇星的氦核燃燒階段。

中新網北京7月7日電 (記者 孫自法)在類太陽恆星中，高含量的鋰元素罕見嗎、類太陽恆星會產生鋰元素嗎、它發生在恆星演化的哪個階段……作為目前所知宇宙最早產生的三種元素之一，鋰在天文學研究中長期以來頗受關注。

中國科學院國家天文臺趙剛研究員和庫馬爾(Kumar)博士領導的國際團隊，利用中國重大科技基礎設施郭守敬望遠鏡(大天區面積多目標光纖光譜天文望遠鏡，英文縮寫LAMOST)光譜數據及國際GALAH巡天數據等，最新研究揭曉類太星恆星與鋰之間的謎題：類太陽恆星經過氦閃後普遍可以產生鋰元素。

氦核燃燒示意圖。(圖片來自紀錄片－How the universe works)

這一重要天文學研究成果論文，北京時間7月6日夜間在國際權威天文期刊《自然·天文》發表。論文共同通訊作者趙剛對媒體表示，「對我們而言，下一步研究的關鍵是了解鋰在氦閃和混合機制之間的核聚變，這裡依然包含著很多未解之謎」。

中科院國家天文臺介紹，鋰、氫、氦是目前已知大約138億年前發生宇宙大爆炸中最早產生的三種元素，一直以來，鋰元素是連接宇宙大爆炸、星際物質和恆星的關鍵元素，對鋰元素的研究是宇宙和恆星演化的重要課題。

宇宙大爆炸時期的鋰含量小幅增長，主要是由於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，如鋰。與其他元素不同，天文學界普遍認為鋰元素將會在恆星中逐漸消失。這是由於鋰在恆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，最初的鋰就會在恆星生命周期中消失。

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100倍。隨著觀測技術的進步，人們陸續發現，部分類太陽恆星(在銀河系中大約佔1/100)大氣中的鋰含量非常高，在某些情況下，甚至比理論模型預測高出10萬倍。

到底什麼原因導致類太陽恆星中鋰含量異常升高？這個問題在過去40年裡一直困擾著研究人員。研究團隊最新發現類太陽恆星經過氦閃後普遍可以產生鋰元素，終於解開了這一謎團。

成果論文第一作者庫馬爾說，研究團隊通過系統研究晚期類太陽恆星中鋰豐度異常升高的現象，發現類太陽恆星經過氦閃後鋰豐度異常升高的現象極為普遍。氦閃是類太陽恆星中的一個標誌性事件，在恆星演化的晚期，其核心不斷積累氦元素，並導致溫度和壓力持續上升。「這個巨大的氦核最終被點燃，發生劇烈失控地核燃燒，就像在恆星內部引爆了一顆氦原子彈，在幾分鐘內釋放出相當於整個銀河系的能量」。

他指出，理論模型預測經歷此階段的恆星鋰含量應該非常低，但實際上，觀測卻發現這些恆星的鋰含量平均高出理論預測值的200多倍，這表明類太陽恆星通過氦閃產生了新的鋰元素。由於氦閃是類太陽恆星演化過程中必然會經歷的過程，因此，類太陽恆星經過氦閃後普遍會產生鋰元素。在鑑別氦閃恆星的過程中，LAMOST數據發揮出重要作用。

此外，該研究還提出一個新的標準來鑑別被稱為富鋰巨星的天體，照此標準，人們在過去40年間所發現的富鋰巨星可能只是宇宙中的冰山一角。(完)

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