郭守敬望遠鏡發現錒系元素增豐星：為理解宇宙中最重元素形成機制提供全新線索

中科院國家天文台網站5月28日消息，近日，國際科學期刊《天體物理學雜誌快報》（The Astrophysical Journal Letters）刊登了中國科學院國家天文台領導的國際合作團隊的一項重要研究。他們首次在銀河系的“蓋亞-香腸-恩克拉多斯”（Gaia-Sausage-Enceladus, GSE）吸積遺蹟中發現了一顆具有高釷/銪比的錒系元素增豐極貧金屬星。這一發現為理解宇宙中最重元素的形成機制提供了全新線索，並揭示了錒系元素增豐可能與矮星系的吸積過程密切相關。該成果第一作者為國家天文台博士研究生林洋名，指導老師為李海寧研究員。

發現：錒系元素增豐星家族又添一員

LAMOST J0804+5740是一顆極端貧金屬（[Fe/H] = -2.38）、r-過程增豐（[Eu/Fe] = 0.80）的恆星。研究人員利用郭守敬望遠鏡（LAMOST）巡天數據和日本昴星團（Subaru）望遠鏡高精度後續觀測，精確測定了這顆特殊恆星的48種元素的丰度。結果顯示，這顆恆星的錒系元素（如釷）的含量顯著高於普通的r-過程增豐星，成為目前已知少數幾顆錒系元素增豐星之一，同時表明它可能誕生於一次極端的重元素合成事件。

起源：磁旋轉驅動噴流超新星還是雙中子星併合？

錒系元素增豐現象一直是現代天文學研究的謎團之一。傳統觀點認為雙中子星併合或者中子星-黑洞併合是其主要來源。但研究團隊通過對比理論模型，發現磁旋轉驅動噴流超新星模型與J0804+5740的觀測丰度模式最為匹配（如圖1所示）。這意味着磁旋轉驅動噴流超新星也可能產生錒系元素增豐現象，為其起源提供了新的解釋。

圖1：J0804+5740的重元素丰度模式（紅色實心圓圈）與太陽r-過程和s-過程模型的對比(左上圖)，以及與理論r-過程和AGB s-過程的組合模型的對比（右上圖）。J0804+5740的元素丰度與太陽r-過程模型之間的殘差（左下圖），以及與理論r-過程和AGB s-過程組合模型的殘差（右下圖）。

新線索：吸積矮星系中的錒系元素

動力學研究發現，J0804+5740不僅是一顆錒系元素增豐星，而且屬於銀河系吸積矮星系“蓋亞-香腸-恩克拉多斯”（Gaia-Sausage-Enceladus, GSE)的一部分，這不僅是第一次在GSE中，也是第一次在已知吸積遺蹟中發現具有明顯錒系元素增豐的天體。研究團隊進一步分析了48顆具有釷丰度測量的r-過程增豐星，發現約三分之二的錒系元素增豐星均傾向吸積起源（ex-situ），如圖2所示。這表明，被銀河系吸積的矮星系可能是此類特殊天體的重要來源。

圖2：r-過程增豐星中log ε (Th/Eu)與[Fe/H]的關係。空心圓代表吸積恆星（ex-situ），空心三角形代表本地恆星（in-situ）。紅色的實心圓代表屬於GSE的恆星，而藍色實心圓代表來自其他子結構的恆星，包括Wukong、Helmi streams、Thamnos和Sequoia。右邊Y軸表示根據log ε (Th/Eu)計算的年齡。黑色實線對應錒系元素增豐的標準。此外，黑色虛線表示宇宙的年齡（13.772 ± 0.059）。

 LAMOST J0804+5740如同一枚“時間膠囊”，保存了百億年前矮星系中劇烈重元素核合成事件的證據。未來，我們將擴大對錒系元素增豐星的搜尋，並結合核物理實驗和核合成理論模型，揭示重元素起源的完整圖像。

這項研究不僅為銀河考古學提供了新線索，也為理解宇宙中最重元素的形成和演化開闢了新思路。科學家們期待未來的研究能夠揭示更多關於錒系元素增豐現象的奧秘，並進一步探索銀河系吸積矮星系中的獨特化學特徵。