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上一版  下一版 2020年7月19日 星期 放大 缩小 默认
科学家解开类太阳恒星锂丰度异常升高之谜——
“氦闪”可产生锂元素
本报记者 沈 慧
郭守敬望远镜是全球光谱获取率最高的望远镜,安放于中国国家天文台兴隆观测站。 (资料图片)

在人们日常生活中,对锂元素的应用几乎随处可见。它通常被用于现代通信设备与运输行业。手机、平板电脑、电动汽车等均使用锂电池供电。此外,锂元素还被大量应用于航空航天、国防军工等领域。但可能大多数人都不知道锂元素从何而来。

其实,绝大多数锂的起源可以追溯到同一个事件——那就是约138亿年前发生的宇宙大爆炸,即宇宙起源。锂是目前已知在宇宙早期大爆炸中最早产生的3种元素之一,另外两种是氢和氦。一直以来,锂元素是连接宇宙大爆炸、星际物质与恒星的关键元素。所以,对锂元素的研究是宇宙与恒星演化的重要课题。

根据研究,宇宙大爆炸时期锂含量小幅增长,这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,将它们分裂成较小原子,如锂。与其他元素不同,研究人员普遍认为,锂元素将会在恒星中逐渐消失。这是因其在恒星内部相对较低温度下(250万摄氏度)参与核反应,再经过与外部大气混合,最初的锂就会在恒星生命周期中消失。比如,太阳与地球的组成元素高度相似,且被认为几乎同时形成,但太阳却比地球中的锂含量低了100倍。但随着观测技术的进步,人们陆续发现,部分类太阳恒星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10万倍。这到底是什么原因导致的?过去40年里,该问题一直困扰着研究人员。

近日,科学家解开了上述谜题——中国科学院国家天文台研究员赵刚与国际团队合作,利用我国重大科技基础设施郭守敬望远镜(LAMOST)光谱数据及国际GALAH望远镜巡天数据,发现类太阳恒星经过氦闪后普遍可以产生锂元素。该研究成果已发表于国际知名天文期刊《自然·天文》。

借助GALAH、LAMOST与GAIA(盖亚卫星)巡天数据,研究团队发现了类太阳恒星经过氦闪后普遍可以产生锂元素,从而解开了上述谜团。论文第一作者表示:我们系统研究了晚期类太阳恒星中锂丰度异常升高的现象。令人惊讶的是,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必然经历的一个标志性事件。在恒星演化晚期,其核心不断积累氦元素,并导致温度与压力持续上升。这个巨大的氦核最终被点燃,发生剧烈失控的核燃烧,在几分钟内释放出相当于整个银河系的能量。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,这些恒星的锂含量平均高出理论预测值200多倍,这表明类太阳恒星通过氦闪产生了新的锂元素。

此外,该研究还提出了一个新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仅是宇宙中的冰山一角。

研究团队负责人、论文共同通讯作者赵刚研究员表示:“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。”

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