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科学|科学家揭开类太阳恒星的富锂之谜

【科技前沿】
本报北京7月8日电（采访人员齐芳）锂和氢、氦是目前已知的在宇宙早期大爆炸中最早产生的三种元素 。 原来科学家们猜测 ， 恒星在不断演化中 ， 锂元素会越逐渐消失 。 但近年来的观测却否定了这个假设——不少富锂恒星被发现 。 四十年来 ， 这个谜题一直困扰着科学家 。
【科学|科学家揭开类太阳恒星的富锂之谜】中国科学院国家天文台赵刚研究员团队及国际合作者 ， 利用郭守敬望远镜（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 ， 解开了类太阳恒星的富锂之谜 。 这一成果发表在北京时间7月6日晚出版的学术期刊《自然·天文》上 。
【科学|科学家揭开类太阳恒星的富锂之谜】绝大多数锂的起源可以追溯到大约138亿年前发生的宇宙大爆炸 ， 指向了宇宙的起源 。 因此 ， 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 。
赵刚解释 ， 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 。 由于锂在恒星内部相对较低的温度下参与核反应 ， 再经过与外部大气的混合 ， 因此 ， 研究人员普遍认为最初的锂元素会在恒星生命周期中消失 。
早期的一些观测结果也支持了这个结论 ， 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 。 然而 ， 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 。
研究人员介绍 ， 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 ， 发生剧烈失控的核燃烧 ， 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 。
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 。 研究人员表示 ， 这表明类太阳恒星通过氦闪产生了新的锂元素 。 在此基础之上 ， 研究提出了一个新的标准来鉴别被称为“富锂巨星”的天体 。 照此标准 ， 人们在过去40年间所发现的富锂巨星可能只是宇宙中的冰山一角 。 研究团队负责人、论文共同通讯作者赵刚研究员说：“对我们而言 ， 下一步研究的关键是了解锂在氦闪和混合机制之间的核聚变 ， 其中依然包含很多未解之谜 。 ”


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