天文學家通過監測富鋰巨星的心跳和分析它們的光譜揭秘其真實身份
喻京川繪圖
鋰元素在恆星中的起源與演化一直困擾著天文學家。
來自中國科學院國家天文台等國內外單位的研究人員，藉助我國重大基礎科技設施LAMOST巡天數據和美國開普勒太空望遠鏡的星震數據，通過監聽恆星的「心跳」，發現絕大多數富鋰巨星其實比之前認為的更「老」一些，它們都是紅團簇星，而不是傳統上所認為的紅巨星。
這一發現挑戰了傳統恆星演化理論，對最終解開鋰元素的起源之謎至關重要。相關研究成果於10月6日在線發表於《自然·天文》雜誌上。
鋰元素含量困擾天文學家
事實上，鋰是宇宙中最早形成的元素之一。伴隨著137億年前的大爆炸，鋰元素在宇宙誕生後的20分鐘內就出現了，作為構成當今物質宇宙的基本元素之一，說它連接了宇宙的過去與現在一點也不為過。
但是，鋰元素在宇宙中很多天體內的含量卻與理論表現出較大差異，這一直困擾著天文學家。
富鋰巨星就是這種矛盾的一個典型例子。巨星是恆星演化到生命晚期階段時的名字，因為它們經歷了一個「發福」的過程，和處於青壯年的恆星相比身形更加巨大。
顧名思義，富鋰巨星的鋰元素含量遠超同類的巨星天體。它們在晚期的小質量恆星中只占1%，但其大氣中所蘊含的鋰元素卻比99%的晚期小質量恆星高出成百上千倍。
這些天體中的鋰是如何產生的？天文學家一直在努力尋找答案。
如同人類一樣，恆星也有誕生、成長、衰老及死亡等過程。太陽就是一顆正處於青壯年時期的恆星。不過，隨著恆星不斷發光發熱，其內部物質會出現明顯的變化，並由此產生一系列改變。
紅巨星和紅團簇星是恆星進入晚年後兩種不同階段，它們內部進行核反應的物質不完全相同，因此其結構和物理過程也具有顯著差異。但如果僅從表面上看，天文學家很難判斷一顆恆星究竟是紅巨星還是紅團簇星。
「這是因為兩種恆星在溫度和光度方面相差無幾，就像我們很難判斷一位白髮蒼蒼的老者到底是70歲還是80歲一樣，只能根據經驗進行一個大致的估計，但並不一定非常準確。」論文共同通訊作者、中國科學院國家天文台研究員趙剛解釋道。
恆星「心跳」泄露身份
長久以來，天文學家認為，紅巨星內部劇烈的對流為鋰元素的產生創造了條件，因此大部分富鋰巨星應該是紅巨星。
但是，對此持懷疑態度的科研團隊通過我國LAMOST、日本昴星團等望遠鏡採集了大量富鋰巨星的光譜，並藉助開普勒太空望遠鏡獲得了這些富鋰巨星的震動數據，得到了截然不同的結論。
「我們給恆星做了『心電圖』。」論文第一作者、中國科學院國家天文台副研究員閆宏亮介紹道，「星震就像是恆星的心跳，能夠傳遞恆星內部的真實信息，就算兩者表面上看起來差不多，但紅巨星和紅團簇星的『心臟』是不同的。」
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、恆星質量等多個方面均與傳統認知存在著顯著差別。
對此，論文共同通訊作者、中國科學院國家天文台研究員施建榮評論道，這些發現很難用傳統理論去解釋。由於內部物理環境不同，原有的理論並不適用於紅團簇星，需要儘快尋找到這一觀測現象的真實原因。
「我們看到最近國際上提出了不少新的理論來解釋這個問題。」趙剛說，包括氦閃、雙星的合併、特殊的對流等，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，找到真相。
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