毀滅中的新生 類太陽恆星普遍可產生鋰元素

陸成寬

2020年07月07日08:57  來源:科技日報
 
原標題:毀滅中的新生 類太陽恆星普遍可產生鋰元素

  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?來自中國科學院國家天文台等國內外單位的研究人員,利用郭守敬望遠鏡(LAMOST)光譜數據及國際GALAH巡天數據首次發現類太陽恆星經過氦閃后普遍可以產生鋰元素。相關研究成果7月6日在線發表於《自然·天文》雜志上。

  鋰通常用於現代通信設備和運輸行業,手機、平板電腦、電動汽車等都使用鋰電池供電。此外,鋰元素還被大量應用於航空航天、國防軍工等領域。

  但是,你是否想過,鋰元素從何而來?

  “絕大多數鋰的起源可以追溯到同一個事件,那就是大約138億年前發生的宇宙大爆炸,也就是宇宙的起源。”論文第一作者、中科院國家天文台庫馬爾博士說。鋰是目前已知的在宇宙早期大爆炸中最早產生的三種元素之一,另外兩種是氫和氦。可以說,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。

  與其他元素不同,研究人員普遍認為鋰元素將會在恆星中逐漸消失。這是因為鋰可以在相對較低的溫度下(250萬度)參與恆星內部的核反應,經過與外部大氣的混合后,最初的鋰就會在恆星生命周期中消失。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了100倍。

  隨著觀測技術的進步,人們陸續發現,部分類太陽恆星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。到底什麼原因導致了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。

  借助GALAH、LAMOST和GAIA巡天數據,研究人員發現了類太陽恆星經過氦閃后鋰豐度異常升高的現象極為普遍。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。這個現象被研究人員稱為氦閃。

  “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。”庫馬爾說,同時,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后普遍會產生鋰元素。

  “這項研究首次提出氦閃是導致類太陽恆星鋰豐度異常升高的重要機制,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。”論文共同通訊作者、中科院國家天文台研究員趙剛說。

  (科技日報北京7月6日電)

(責編:趙竹青、呂騫)