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科學研究
科研成果
郭守敬望遠鏡(LAMOST)揭示富鋰巨星真實身份
發布日期:2020-10-14瀏覽次數:

鋰元素是宇宙大爆炸初期形成的輕元素之一,但它在多種天體中的含量均與理論預測存在較大的差異。鋰元素在恒星中的起源與演化問題一直困擾著天文學家,例如,宇宙中有一種被稱為富鋰巨星的天體,它們鋰元素的含量超過恒星演化理論值的上千倍,這些的天體中的鋰是如何產生的?天文學家一直在努力尋找答案。

圖1. 天文學家通過星震并分析恒星的光譜揭秘富鋰巨星的真實身份
(圖源:國家天文臺供圖, 版權:喻京川,北京天文館)


2020年10月6日,《自然·天文》(Nature Astronomy)發表了一項由我國天文學家主導的國際科研團隊關于富鋰巨星真實身份的重要成果,北大天文系LAMOST Fellow博士后周渝濤作為共同第一作者參與了該研究工作。該團隊借助我國大科學裝置郭守敬望遠鏡LAMOST,以及開普勒太空望遠鏡的星震數據,結合光譜分析和星震學技術,發現富鋰巨星其實是演化到更晚期的紅團簇星,而不是傳統上所認為的紅巨星。這一發現使恒星演化方面原有的相關理論受到了巨大地挑戰,對解開鋰元素的起源之謎至關重要。


2. 小質量類太陽恒星演化示意圖。黃色箭頭標記了恒星演化的軌跡。紅巨星的初期與紅團簇星大小相似,顏色相同。

(圖源:國家天文臺供圖, 版權:Wako Aoki青木和光,日本國立天文臺)


恒星如同人類一樣,會誕生、成長、衰老、死亡。太陽就是一顆正處于青壯年時期的恒星。不過,隨著恒星不斷發光發熱,其內部物質會出現明顯的變化,并由此產生一系列改變。紅巨星和紅團簇星是恒星進入晚年后兩種不同階段,它們內部進行核反應的物質完全不同,因此其結構和物理過程也具有顯著差異。但是,僅從恒星的表面特征或者赫羅圖上看,很難判斷恒星確切的演化階段。就如同我們很難辨認兩位白發蒼蒼的老人誰更難老一樣。此前的研究認為,隨著恒星朝紅巨星演化,恒星內部的對流速度逐漸增大,紅巨星快速對流的環境十分有利于生成富鋰現象。但是,經過幾百萬年后,紅巨星將演化成“樣貌相似”的紅團簇星,因此,紅巨星有理由被錯認為年紀更大的紅團簇星。

科研團隊通過我國的LAMOST、日本昴星團等國內外多架望遠鏡采集了大量富鋰巨星的光譜,并借助開普勒衛星對這些富鋰巨星的振動進行了監測,得到了截然不同的結論。恒星內部結構的信息通過振動的方式傳播至表面并被觀測到,盡管紅巨星和紅團簇星在光度和溫度等特征上看起來十分相似,但兩者的內部振動模式并不相同。假如我們把恒星的振動比作人類的心跳,那么紅巨星的心率會快一些,而更年老的紅團簇星則心率更慢一些。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、恒星質量等多個方面均與傳統認知存在顯著不同。

這些發現很難用傳統理論去解釋,由于內部物理環境不同,原有的理論并不適用于紅團簇星。不少新的理論試圖用于解決這一問題,包括氦閃、雙星并合、特殊的對流等等。對此,該論文通過觀測數據檢驗了雙星并合產生富鋰巨星的理論,認為這是一種有潛力的方向。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,找到真正的原因。

據悉,該工作是由一個中國主導,包括來自日本、法國、荷蘭、美國以及澳大利亞等多國科研人員的國際團隊所合作完成的。中國科學院國家天文臺、北京大學、北京師范大學和云南天文臺等國內單位均參與其中。在此研究中,多個望遠鏡的協同合作是取的成果的關鍵,除LAMOST和開普勒衛星外,日本的昴星團望遠鏡、我國云南天文臺的2.4米和1.8米望遠鏡均在觀測中發揮了重要作用。




文章鏈接https://www.nature.com/articles/s41550-020-01217-8


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