天文學家通過恒星監(jiān)測恒星的心跳和分析它們的光譜揭秘富鋰巨星的真實身份。圖片來源：喻京川/北京天文館

說到鋰元素，現(xiàn)代人并不陌生，無論是智能手機、平板電腦，還是無人機、電動汽車，都在使用鋰電池供電。但這個現(xiàn)代感十足的元素其實幾乎和宇宙一樣古老。

鋰元素是宇宙中最早產(chǎn)生的元素之一，宇宙中有一種被稱為富鋰巨星的天體，它們鋰元素的含量超過恒星演化理論值的上千倍。針對這些天體中的鋰是如何產(chǎn)生的，天文學家一直在努力尋找答案。

近日，《自然—天文》雜志發(fā)布了一項由我國天文學家主導的國際科研團隊關于富鋰巨星真實身份的重要成果。通過監(jiān)聽恒星的“心跳”，研究人員發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)富鋰巨星并不是傳統(tǒng)上所認為的紅巨星。這一發(fā)現(xiàn)挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)的恒星演化理論，對最終解開鋰元素的起源之謎至關重要。

14億輛特斯拉的星際旅行

鋰元素在宇宙誕生后的20分鐘內(nèi)就出現(xiàn)了，作為構成當今物質(zhì)宇宙的基本元素之一，它連接了宇宙的過去與現(xiàn)在。但是，鋰元素在宇宙中很多天體內(nèi)的含量卻與理論表現(xiàn)出較大差異，一直困擾著天文學家。

富鋰巨星就是這種矛盾的一個典型例子。例如，由中國郭守敬望遠鏡（LAMOST）發(fā)現(xiàn)的富鋰巨星“王者”，其鋰含量超過太陽3000倍之多。據(jù)測算，如果使用這顆恒星的鋰電池供電，可以讓14億輛特斯拉電動車“開”到任何一個人們在夜空中能看到的恒星處，來一趟所走就走的星際穿越。

這些富鋰巨星的巨額鋰元素究竟來源于哪里？考慮到鋰元素的起源與演化與宇宙中各類尺度的天體息息相關，天文學家相信，這其中很可能涉及對恒星演化理論和標準恒星模型的挑戰(zhàn)，因此他們一直試圖解開它們的神秘面紗，弄清大量的鋰元素究竟從何而來。

恒星在演化到生命晚期階段時，會經(jīng)歷一個“發(fā)?！钡倪^程，因此它們和太陽這樣處于青壯年的恒星相比，身形巨大得多，稱為“巨星”?？茖W界對富鋰巨星的演化階段一直存在多種說法，傳統(tǒng)上一般認為，小質(zhì)量富鋰巨星多數(shù)屬于紅巨星。

長久以來，天文學家認為，紅巨星內(nèi)部劇烈的對流為鋰元素的產(chǎn)生創(chuàng)造了可能的條件，因此大部分富鋰巨星應該是紅巨星。

但這就是正確答案嗎？

“裝嫩”的富鋰巨星

其實，隨著恒星的繼續(xù)演化，紅巨星中心的氦會積攢得越來越多，壓力和溫度也越來越高。終于在某個瞬間，氦核被點燃了。一個穩(wěn)定燃燒的新心臟出現(xiàn)，恒星進入了一個嶄新的階段——紅團簇星。

紅巨星和紅團簇星從表面上看長得幾乎完全相同，但年齡相差可達百萬年之遙?！斑@兩種恒星在溫度和光度方面相差無幾，天文學家從表面上很難判斷?！痹搱F隊的主要領導者之一、中國科學院國家天文臺研究員趙剛說，“這就像我們很難判斷一位白發(fā)蒼蒼的老者到底是70歲還是80歲一樣，只能根據(jù)經(jīng)驗進行一個大致的估計，但并不一定非常準確?！?/p>

他們決定“摸”到富鋰巨星的內(nèi)部去一探究竟。

通過我國LAMOST、日本昴星團等望遠鏡，科研團隊采集了大量富鋰巨星的光譜，并借助開普勒太空望遠鏡對這些富鋰巨星的震動數(shù)據(jù)，得到了截然不同的結論。

論文的第一作者，國家天文臺副研究員閆宏亮說：“我們給恒星做了個‘心電圖’。 星震就像是恒星的心跳，能夠傳遞恒星內(nèi)部的真實信息，就算兩者表面上看起來差不多，但紅巨星和紅團簇星的心臟是不同的?！?/p>

研究發(fā)現(xiàn)，超過80%的富鋰巨星根本不是人們之前所認為的紅巨星，它們的真實身份是更加晚年的“紅團簇星”。原來，這些宇宙“大電池”再過去的數(shù)十年里一直在“裝嫩”。

這對先前的理論研究提出了巨大的挑戰(zhàn)。不同類型的富鋰巨星在鋰含量、恒星質(zhì)量等多個方面均與傳統(tǒng)認知存在顯著不同，原有的基于紅巨星的理論顯然并不適用于紅團簇星。

“這些發(fā)現(xiàn)很難用傳統(tǒng)理論去解釋?！敝锌圃簢姨煳呐_研究員施建榮評論稱，“由于內(nèi)部物理環(huán)境不同，原有的理論并不適用于紅團簇星，我們需要盡快尋找到這一觀測現(xiàn)象的真實原因?！?/p>

前途光明的星震學

在該項研究中，恒星“心跳”監(jiān)測技術起到了決定性的作用。恒星的“心跳”來自于恒星的震動——星震。那么，恒星到底是怎么“心跳”的呢？星震學又是如何通過恒星的“心跳”了解真相呢？

以太陽為例，其實它每時每刻都在“低聲細語”。雖然科學家并不能夠真的“聽到”太陽的聲音，但這些噪音會使太陽亮度發(fā)生微小的變化。所以只要記錄亮度的變化，就可以知道太陽是如何振動的了。

就像人類的心跳一樣，恒星的振動也代表著它身體內(nèi)部的信息，這些內(nèi)部信息是其他常規(guī)方法無法獲取的，而星震的方法就如同醫(yī)生的聽診器一樣傾聽著恒星的心跳。

閆宏亮介紹，不同演化階段的恒星在振動頻率上有著明顯的差異。紅巨星和紅團簇星由于不同的燃料和能量傳輸形式，它們的心臟跳動有著十分顯著的區(qū)別。一般來說，“小年輕”紅巨星的心跳得更快一些，而上了“年紀”的紅團簇星心跳則更加遲緩。

富鋰巨星的身世之謎解開了，天文學家似乎也有了更多的研究課題?！白罱鼑H上提出了不少新的理論來解釋這個問題，如氦閃、雙星合并、特殊對流等等，目前尚無定論。下一步的關鍵就是去逐一檢驗這些理論，最終找到真相。”趙剛說。



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