文汇网|解开四十年天文谜团：经过“氦闪”，类太阳恒星普遍可产“锂”
在类太阳恒星中 ， 高含量的锂元素罕见吗? 类太阳恒星会产生锂元素吗?它发生在恒星演化的哪个阶段? 中国科学院国家天文台赵刚研究员和Kumar博士领导的国际团队 ， 利用我国重大科技基础设施郭守敬望远镜（LAMOST）光谱数据及国际GALAH巡天数据发现类太阳恒星经过氦闪后普遍可以产生锂元素 ， 该发现解开了上述谜题 。 昨天 ， 这一研究成果发表在国际知名天文期刊《自然·天文》（Nature Astronomy） 。
锂通常用于现代通讯设备和运输行业 。 手机、平板电脑、电动汽车等都使用锂电池供电 。 此外 ， 锂元素还被大量应用于航空航天、国防军工等领域 。 但你是否想过 ， 锂元素从何而来? 绝大多数锂的起源可以追溯到同一个事件 ， 那就是大约138亿年前发生的宇宙大爆炸 ， 也就是宇宙的起源 。 锂是目前已知的在宇宙早期大爆炸中最早产生的三种元素之一（另外两种是氢和氦） 。 一直以来 ， 锂元素是连接宇宙大爆炸、星际物质和恒星的关键元素 ， 对锂元素的研究是宇宙和恒星演化的重要课题 。
宇宙大爆炸时期的锂含量小幅增长 ， 主要是由于高能宇宙射线轰击星际介质中较重的原子核 ， 如碳和氧 ， 将它们分裂成较小的原子 ， 如锂 。
与其他元素不同 ， 研究人员普遍认为锂元素将会在恒星中逐渐消失 。 这是由于锂在恒星内部相对较低的温度下(250万度 ， 即一百万度的几倍)参与核反应 ， 再经过与外部大气的混合 ， 最初的锂就会在恒星生命周期中消失 。 比如 ， 太阳和地球的组成元素高度相似 ， 且被认为几乎同时形成 ， 但太阳中的锂含量却比地球中的锂含量低了100倍 。
随着观测技术的进步 ， 人们陆续发现 ， 部分类太阳恒星(在银河系中大约占1/100)大气中的锂含量非常高 ， 在某些情况下 ， 甚至比理论模型预测高出10万倍 。
到底什么原因导致了类太阳恒星中锂含量异常升高？这个问题在过去四十年里一直困扰着研究人员 。
借助GALAH、LAMOST和GAIA巡天数据 ， 研究团队发现了类太阳恒星经过氦闪后普遍可以产生锂元素 ， 解开了上述谜团 。
恒星中锂元素从主序经过红巨星、氦闪(红巨星上端)到红团簇的氦核燃烧阶段的演化 。 虚线为模型预测 。 红色符号带代表红团簇星的氦核燃烧阶段 。
注:目前宇宙大爆炸模型预测的原初值A(Li)=2.7dex(以对数尺度测量为A(Li)=log n(Li)/n(H) +12 ， 其中n是原子数密度)作为原始或大爆炸值 。 在星际介质(ISM)或非常年轻的恒星中约为A(Li) = 3.3dex ， 比原初值多4倍 。
【文汇网|解开四十年天文谜团：经过“氦闪”，类太阳恒星普遍可产“锂”】论文第一作者Kumar博士说：研究团队系统地研究了晚期类太阳恒星中锂丰度异常升高的现象 。 令人惊讶的是 ， 类太阳恒星经过氦闪后锂丰度异常升高的现象极为普遍 。
氦闪是类太阳恒星中的一个标志性事件 ， 在恒星演化的晚期 ， 其核心不断积累氦元素 ， 并导致温度和压力持续上升 。 这个巨大的氦核最终被点燃 ， 发生剧烈失控地核燃烧 ， 就像在恒星内部引爆了一颗氦原子弹 ， 在几分钟内释放出相当于整个银河系的能量 。
氦核燃烧示意图
理论模型预测经历此阶段的恒星锂含量应该非常低 ， 但实际上 ， 观测却发现这些恒星的锂含量平均高出理论预测值的200多倍 ， 这表明类太阳恒星通过氦闪产生了新的锂元素 。 由于氦闪是类太阳恒星演化过程中必然会经历的过程 ， 因此类太阳恒星经过氦闪后普遍会产生锂元素 。 LAMOST数据在鉴别氦闪恒星的过程中发挥了重要作用 。
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