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锂元素含量困扰天文学家,恒星“心跳”泄露身份2020-10-12 10:27:43 来源:科技日报 小 大 军事APP头条APP锂元素在恒星中的起源与演化一直困扰着天文学家。
来自中国科学院国家天文台等国内外单位的研究人员,借助我国重大基础科技设施LAMOST巡天数据和美国开普勒太空望远镜的星震数据,通过监听恒星的“心跳”,发现绝大多数富锂巨星其实比之前认为的更“老”一些,它们都是红团簇星,而不是传统上所认为的红巨星。
这一发现挑战了传统恒星演化理论,对最终解开锂元素的起源之谜至关重要。相关研究成果于10月6日在线发表于《自然.天文》杂志上。
锂元素含量困扰天文学家
事实上,锂是宇宙中最早形成的元素之一。伴随着137亿年前的大爆炸,锂元素在宇宙诞生后的20分钟内就出现了,作为构成当今物质宇宙的基本元素之一,说它连接了宇宙的过去与现在一点也不为过。
但是,锂元素在宇宙中很多天体内的含量却与理论表现出较大差异,这一直困扰着天文学家。
富锂巨星就是这种矛盾的一个典型例子。巨星是恒星演化到生命晚期阶段时的名字,因为它们经历了一个“发福”的过程,和处于青壮年的恒星相比身形更加巨大。
顾名思义,富锂巨星的锂元素含量远超同类的巨星天体。它们在晚期的小质量恒星中只占1%,但其大气中所蕴含的锂元素却比99%的晚期小质量恒星高出成百上千倍。
这些天体中的锂是如何产生的?天文学家一直在努力寻找答案。
如同人类一样,恒星也有诞生、成长、衰老及死亡等过程。太阳就是一颗正处于青壮年时期的恒星。不过,随着恒星不断发光发热,其内部物质会出现明显的变化,并由此产生一系列改变。(陆成宽)
红巨星和红团簇星是恒星进入晚年后两种不同阶段,它们内部进行核反应的物质不完全相同,因此其结构和物理过程也具有显著差异。但如果仅从表面上看,天文学家很难判断一颗恒星究竟是红巨星还是红团簇星。
“这是因为两种恒星在温度和光度方面相差无几,就像我们很难判断一位白发苍苍的老者到底是70岁还是80岁一样,只能根据经验进行一个大致的估计,但并不一定非常准确。”论文共同通讯作者、中国科学院国家天文台研究员赵刚解释道。
恒星“心跳”泄露身份
长久以来,天文学家认为,红巨星内部剧烈的对流为锂元素的产生创造了条件,因此大部分富锂巨星应该是红巨星。
但是,对此持怀疑态度的科研团队通过我国LAMOST、日本昴星团等望远镜采集了大量富锂巨星的光谱,并借助开普勒太空望远镜获得了这些富锂巨星的震动数据,得到了截然不同的结论。
“我们给恒星做了‘心电图’。”论文第一作者、中国科学院国家天文台副研究员闫宏亮介绍道,“星震就像是恒星的心跳,能够传递恒星内部的真实信息,就算两者表面上看起来差不多,但红巨星和红团簇星的‘心脏’是不同的。”
研究发现,超过80%的富锂巨星是红团簇星,而且不同类型的富锂巨星在锂含量、恒星质量等多个方面均与传统认知存在着显著差别。
对此,论文共同通讯作者、中国科学院国家天文台研究员施建荣评论道,这些发现很难用传统理论去解释。由于内部物理环境不同,原有的理论并不适用于红团簇星,需要尽快寻找到这一观测现象的真实原因。
“我们看到最近国际上提出了不少新的理论来解释这个问题。”赵刚说,包括氦闪、双星的合并、特殊的对流等,虽然目前尚无定论,但下一步的关键就是去逐一检验这些理论,找到真相。
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