富鋰巨星高壽幾何？恆星“心電圖”揭曉答案

鋰元素在恆星中的起源與演化一直困擾着天文學家。

來自中國科學院國家天文台等國內外單位的研究人員，藉助我國重大基礎科技設施LAMOST巡天數據和美國開普勒太空望遠鏡的星震數據，通過監聽恆星的“心跳”，發現絕大多數富鋰巨星其實比之前認為的更“老”一些，它們都是紅團簇星，而不是傳統上所認為的紅巨星。

這一發現挑戰了傳統恆星演化理論，對最終解開鋰元素的起源之謎至關重要。相關研究成果於10月6日在線發表於《自然·天文》雜誌上。

鋰元素含量困擾天文學家

事實上，鋰是宇宙中最早形成的元素之一。伴隨着137億年前的大爆炸，鋰元素在宇宙誕生後的20分鐘內就出現了，作為構成當今物質宇宙的基本元素之一，説它連接了宇宙的過去與現在一點也不為過。

但是，鋰元素在宇宙中很多天體內的含量卻與理論表現出較大差異，這一直困擾着天文學家。

富鋰巨星就是這種矛盾的一個典型例子。巨星是恆星演化到生命晚期階段時的名字，因為它們經歷了一個“發福”的過程，和處於青壯年的恆星相比身形更加巨大。

顧名思義，富鋰巨星的鋰元素含量遠超同類的巨星天體。它們在晚期的小質量恆星中只佔1%，但其大氣中所藴含的鋰元素卻比99%的晚期小質量恆星高出成百上千倍。

這些天體中的鋰是如何產生的？天文學家一直在努力尋找答案。

如同人類一樣，恆星也有誕生、成長、衰老及死亡等過程。太陽就是一顆正處於青壯年時期的恆星。不過，隨着恆星不斷髮光發熱，其內部物質會出現明顯的變化，並由此產生一系列改變。

紅巨星和紅團簇星是恆星進入晚年後兩種不同階段，它們內部進行核反應的物質不完全相同，因此其結構和物理過程也具有顯著差異。但如果僅從表面上看，天文學家很難判斷一顆恆星究竟是紅巨星還是紅團簇星。

“這是因為兩種恆星在温度和光度方面相差無幾，就像我們很難判斷一位白髮蒼蒼的老者到底是70歲還是80歲一樣，只能根據經驗進行一個大致的估計，但並不一定非常準確。”論文共同通訊作者、中國科學院國家天文台研究員趙剛解釋道。

恆星“心跳”泄露身份

長久以來，天文學家認為，紅巨星內部劇烈的對流為鋰元素的產生創造了條件，因此大部分富鋰巨星應該是紅巨星。

但是，對此持懷疑態度的科研團隊通過我國LAMOST、日本昴星團等望遠鏡採集了大量富鋰巨星的光譜，並藉助開普勒太空望遠鏡獲得了這些富鋰巨星的震動數據，得到了截然不同的結論。

“我們給恆星做了‘心電圖’。”論文第一作者、中國科學院國家天文台副研究員閆宏亮介紹道，“星震就像是恆星的心跳，能夠傳遞恆星內部的真實信息，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。”

研究發現，超過80%的富鋰巨星是紅團簇星，而且不同類型的富鋰巨星在鋰含量、恆星質量等多個方面均與傳統認知存在着顯著差別。

對此，論文共同通訊作者、中國科學院國家天文台研究員施建榮評論道，這些發現很難用傳統理論去解釋。由於內部物理環境不同，原有的理論並不適用於紅團簇星，需要儘快尋找到這一觀測現象的真實原因。

“我們看到最近國際上提出了不少新的理論來解釋這個問題。”趙剛説，包括氦閃、雙星的合併、特殊的對流等，雖然目前尚無定論，但下一步的關鍵就是去逐一檢驗這些理論，找到真相。