浴火重生:来自氦闪的锂元素

氦闪这个天文学名词乘着电影《流浪地球》的东风一度成为众人讨论的话题。

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作为一种极为强烈的天体内部活动,氦闪是类太阳恒星中的一个标志性事件,在恒星演化晚期,它的核心不断积累氦元素,并导致温度和压力持续上升。当巨大的氦核被点燃时,剧烈失控的核燃烧在几分钟内,释放能量的效率甚至超过整个银河系,其造成的影响可想而知,但与此同时它也孕育出了锂元素的新生。

锂元素是连接宇宙大爆炸、星际物质和恒星的关键元素。过去40年间,人们发现部分类太阳恒星大气中的锂含量非常高,有时甚至比理论模型预测高出10万倍,这是为什么呢?近日,中国科学院国家天文台赵刚研究员和库马尔(Kumar)博士领导的国际团队在《自然—天文》杂志发表的一项最新研究成果,揭晓了类太星恒星与锂之间的谜题。

研究团队借助GALAH、LAMOST和GAIA巡天数据,通过系统研究晚期类太阳恒星中锂丰度异常升高的现象,发现经过氦闪后这一现象极为普遍。理论模型预测经历此阶段的恒星锂含量应该非常低,但实际观测却发现它们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。研究中,LAMOST数据在鉴别氦闪恒星的过程中发挥了重要作用。

此外,这项研究还提出了一个新的标准来鉴别富锂巨星,根据此标准,过去40年间人们所发现的富锂巨星可能只是冰山一角。下一步科研人员将就锂在氦闪和混合机制之间的核聚变深入研究,期待我国大科学装置郭守敬望远镜LAMOST的数据在未来发挥更大的作用。

论文链接:

https://www.nature.com/articles/s41550-020-1139-7

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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。

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