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天文学家研究揭秘:类太阳恒星氦闪后可普遍产生锂元素

2020/7/8 0:43:38 来源:原创 浏览:

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。(研究团队 供图)

中新网北京7月7日电 (记者 孙自法)在类太阳恒星中,高含量的锂元素罕见吗、类太阳恒星会产生锂元素吗、它发生在恒星演化的哪个阶段……作为目前所知宇宙最早产生的三种元素之一,锂在天文学研究中长期以来颇受关注。

中国科学院国家天文台赵刚研究员和库马尔(Kumar)博士领导的国际团队,利用中国重大科技基础设施郭守敬望远镜(大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜,英文缩写LAMOST)光谱数据及国际GALAH巡天数据等,最新研究揭晓类太星恒星与锂之间的谜题:类太阳恒星经过氦闪后普遍可以产生锂元素。

氦核燃烧示意图。(图片来自纪录片-How the universe works)

这一重要天文学研究成果论文,北京时间7月6日夜间在国际权威天文期刊《自然·天文》发表。论文共同通讯作者赵刚对媒体表示,“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”。

中科院国家天文台介绍,锂、氢、氦是目前已知大约138亿年前发生宇宙大爆炸中最早产生的三种元素,一直以来,锂元素是连接宇宙大爆炸、星际物质和恒星的关键元素,对锂元素的研究是宇宙和恒星演化的重要课题。

宇宙大爆炸时期的锂含量小幅增长,主要是由于高能宇宙射线轰击星际介质中较重的原子核,如碳和氧,将它们分裂成较小的原子,如锂。与其他元素不同,天文学界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(250万度)参与核反应,再经过与外部大气的混合,最初的锂就会在恒星生命周期中消失。

科学家举例称,比如太阳和地球的组成元素高度相似,且被认为几乎同时形成,但太阳中的锂含量却比地球中的锂含量低100倍。随着观测技术的进步,人们陆续发现,部分类太阳恒星(在银河系中大约占1/100)大气中的锂含量非常高,在某些情况下,甚至比理论模型预测高出10万倍。

到底什么原因导致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。研究团队最新发现类太阳恒星经过氦闪后普遍可以产生锂元素,终于解开了这一谜团。

成果论文第一作者库马尔说,研究团队通过系统研究晚期类太阳恒星中锂丰度异常升高的现象,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”。

他指出,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,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。在鉴别氦闪恒星的过程中,LAMOST数据发挥出重要作用。

此外,该研究还提出一个新的标准来鉴别被称为富锂巨星的天体,照此标准,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。(完)

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