天文學家通過恒星監測恒星的心跳和分析它們(men) 的光譜揭秘富鋰巨星的真實身份。圖片來源：喻京川/北京天文館

說到鋰元素，現代人並不陌生，無論是智能手機、平板電腦，還是無人機、電動汽車，都在使用鋰電池供電。但這個(ge) 現代感十足的元素其實幾乎和宇宙一樣古老。

鋰元素是宇宙中最早產(chan) 生的元素之一，宇宙中有一種被稱為(wei) 富鋰巨星的天體(ti) ，它們(men) 鋰元素的含量超過恒星演化理論值的上千倍。針對這些天體(ti) 中的鋰是如何產(chan) 生的，天文學家一直在努力尋找答案。

近日，《自然—天文》雜誌發布了一項由我國天文學家主導的國際科研團隊關(guan) 於(yu) 富鋰巨星真實身份的重要成果。通過監聽恒星的“心跳”，研究人員發現絕大多數富鋰巨星並不是傳(chuan) 統上所認為(wei) 的紅巨星。這一發現挑戰了傳(chuan) 統的恒星演化理論，對最終解開鋰元素的起源之謎至關(guan) 重要。

14億(yi) 輛特斯拉的星際旅行

鋰元素在宇宙誕生後的20分鍾內(nei) 就出現了，作為(wei) 構成當今物質宇宙的基本元素之一，它連接了宇宙的過去與(yu) 現在。但是，鋰元素在宇宙中很多天體(ti) 內(nei) 的含量卻與(yu) 理論表現出較大差異，一直困擾著天文學家。

富鋰巨星就是這種矛盾的一個(ge) 典型例子。例如，由中國郭守敬望遠鏡（LAMOST）發現的富鋰巨星“王者”，其鋰含量超過太陽3000倍之多。據測算，如果使用這顆恒星的鋰電池供電，可以讓14億(yi) 輛特斯拉電動車“開”到任何一個(ge) 人們(men) 在夜空中能看到的恒星處，來一趟所走就走的星際穿越。

這些富鋰巨星的巨額鋰元素究竟來源於(yu) 哪裏？考慮到鋰元素的起源與(yu) 演化與(yu) 宇宙中各類尺度的天體(ti) 息息相關(guan) ，天文學家相信，這其中很可能涉及對恒星演化理論和標準恒星模型的挑戰，因此他們(men) 一直試圖解開它們(men) 的神秘麵紗，弄清大量的鋰元素究竟從(cong) 何而來。

恒星在演化到生命晚期階段時，會(hui) 經曆一個(ge) “發福”的過程，因此它們(men) 和太陽這樣處於(yu) 青壯年的恒星相比，身形巨大得多，稱為(wei) “巨星”。科學界對富鋰巨星的演化階段一直存在多種說法，傳(chuan) 統上一般認為(wei) ，小質量富鋰巨星多數屬於(yu) 紅巨星。

長久以來，天文學家認為(wei) ，紅巨星內(nei) 部劇烈的對流為(wei) 鋰元素的產(chan) 生創造了可能的條件，因此大部分富鋰巨星應該是紅巨星。

但這就是正確答案嗎？

“裝嫩”的富鋰巨星

其實，隨著恒星的繼續演化，紅巨星中心的氦會(hui) 積攢得越來越多，壓力和溫度也越來越高。終於(yu) 在某個(ge) 瞬間，氦核被點燃了。一個(ge) 穩定燃燒的新心髒出現，恒星進入了一個(ge) 嶄新的階段——紅團簇星。

紅巨星和紅團簇星從(cong) 表麵上看長得幾乎完全相同，但年齡相差可達百萬(wan) 年之遙。“這兩(liang) 種恒星在溫度和光度方麵相差無幾，天文學家從(cong) 表麵上很難判斷。”該團隊的主要領導者之一、中國科學院國家天文台研究員趙剛說，“這就像我們(men) 很難判斷一位白發蒼蒼的老者到底是70歲還是80歲一樣，隻能根據經驗進行一個(ge) 大致的估計，但並不一定非常準確。”

他們(men) 決(jue) 定“摸”到富鋰巨星的內(nei) 部去一探究竟。

通過我國LAMOST、日本昴星團等望遠鏡，科研團隊采集了大量富鋰巨星的光譜，並借助開普勒太空望遠鏡對這些富鋰巨星的震動數據，得到了截然不同的結論。

論文的第一作者，國家天文台副研究員閆宏亮說：“我們(men) 給恒星做了個(ge) ‘心電圖’。 星震就像是恒星的心跳，能夠傳(chuan) 遞恒星內(nei) 部的真實信息，就算兩(liang) 者表麵上看起來差不多，但紅巨星和紅團簇星的心髒是不同的。”

研究發現，超過80%的富鋰巨星根本不是人們(men) 之前所認為(wei) 的紅巨星，它們(men) 的真實身份是更加晚年的“紅團簇星”。原來，這些宇宙“大電池”再過去的數十年裏一直在“裝嫩”。

這對先前的理論研究提出了巨大的挑戰。不同類型的富鋰巨星在鋰含量、恒星質量等多個(ge) 方麵均與(yu) 傳(chuan) 統認知存在顯著不同，原有的基於(yu) 紅巨星的理論顯然並不適用於(yu) 紅團簇星。

“這些發現很難用傳(chuan) 統理論去解釋。”中科院國家天文台研究員施建榮評論稱，“由於(yu) 內(nei) 部物理環境不同，原有的理論並不適用於(yu) 紅團簇星，我們(men) 需要盡快尋找到這一觀測現象的真實原因。”

前途光明的星震學

在該項研究中，恒星“心跳”監測技術起到了決(jue) 定性的作用。恒星的“心跳”來自於(yu) 恒星的震動——星震。那麽(me) ，恒星到底是怎麽(me) “心跳”的呢？星震學又是如何通過恒星的“心跳”了解真相呢？

以太陽為(wei) 例，其實它每時每刻都在“低聲細語”。雖然科學家並不能夠真的“聽到”太陽的聲音，但這些噪音會(hui) 使太陽亮度發生微小的變化。所以隻要記錄亮度的變化，就可以知道太陽是如何振動的了。

就像人類的心跳一樣，恒星的振動也代表著它身體(ti) 內(nei) 部的信息，這些內(nei) 部信息是其他常規方法無法獲取的，而星震的方法就如同醫生的聽診器一樣傾(qing) 聽著恒星的心跳。

閆宏亮介紹，不同演化階段的恒星在振動頻率上有著明顯的差異。紅巨星和紅團簇星由於(yu) 不同的燃料和能量傳(chuan) 輸形式，它們(men) 的心髒跳動有著十分顯著的區別。一般來說，“小年輕”紅巨星的心跳得更快一些，而上了“年紀”的紅團簇星心跳則更加遲緩。

富鋰巨星的身世之謎解開了，天文學家似乎也有了更多的研究課題。“最近國際上提出了不少新的理論來解釋這個(ge) 問題，如氦閃、雙星合並、特殊對流等等，目前尚無定論。下一步的關(guan) 鍵就是去逐一檢驗這些理論，最終找到真相。”趙剛說。



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