科學家揭開類太陽恆星的富鋰之謎

鋰和氫、氦是目前已知的在宇宙早期大爆炸中最早產生的三種元素。原來科學家們猜測，恆星在不斷演化中，鋰元素會越逐漸消失。但近年來的觀測卻否定了這個假設——不少富鋰恆星被發現。四十年來，這個謎題一直困擾着科學家。

中國科學院國家天文台趙剛研究員團隊及國際合作者，利用郭守敬望遠鏡（LAMOST）光譜數據及國際GALAH巡天數據發現，類太陽恆星經過氦閃後普遍可以產生鋰元素，解開了類太陽恆星的富鋰之謎。這一成果發表在北京時間7月6日晚出版的學術期刊《自然·天文》上。

絕大多數鋰的起源可以追溯到大約138億年前發生的宇宙大爆炸，指向了宇宙的起源。因此，一直以來，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。

趙剛解釋，宇宙大爆炸時期的鋰含量小幅增長，主要是由於高能宇宙射線轟擊星際介質中較重的原子核，如碳和氧，將它們分裂成較小的原子，如鋰。由於鋰在恆星內部相對較低的温度下參與核反應，再經過與外部大氣的混合，因此，研究人員普遍認為最初的鋰元素會在恆星生命週期中消失。

早期的一些觀測結果也支持了這個結論，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。然而，隨着觀測技術的進步，人們陸續發現，部分類太陽恆星（在銀河系中大約佔1/100）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。

研究人員介紹，研究團隊系統地研究了晚期類太陽恆星中鋰丰度異常升高的現象。令人驚訝的是，類太陽恆星經過氦閃後鋰丰度異常升高的現象極為普遍。

氦閃，是類太陽恆星中的一個標誌性事件——在恆星演化的晚期，其核心不斷積累氦元素，並導致温度和壓力持續上升。這個巨大的氦核最終被點燃，發生劇烈失控的核燃燒，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。

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。研究人員表示，這表明類太陽恆星通過氦閃產生了新的鋰元素。在此基礎之上，研究提出了一個新的標準來鑑別被稱為“富鋰巨星”的天體。照此標準，人們在過去40年間所發現的富鋰巨星可能只是宇宙中的冰山一角。研究團隊負責人、論文共同通訊作者趙剛研究員説：“對我們而言，下一步研究的關鍵是瞭解鋰在氦閃和混合機制之間的核聚變，其中依然包含很多未解之謎。”