我國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)鋰元素豐度最高的巨星

　　發(fā)現(xiàn)富鋰巨星的示意圖,。中國科學(xué)院國家天文臺供圖

　　日前,，以中國科學(xué)院國家天文臺為首的科研團隊依托國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施郭守敬望遠鏡（LAMOST）發(fā)現(xiàn)了一顆奇特天體，它“居住”在銀河系中心附近的蛇夫座,，距離地球約4500光年,。它的質(zhì)量不足太陽的1.5倍，鋰元素含量卻是太陽的3000倍,。更重要的是,，它是目前已知的鋰元素豐度最高的巨星,。

　　鋰元素為何備受關(guān)注？什么是富鋰巨星,？它從何而來,？這一發(fā)現(xiàn)又有何重要意義？帶著這些問題,，記者采訪了中科院國家天文臺閆宏亮博士,。

　　由鋰元素引出的科學(xué)難題眾多

　　說起鋰元素，大家應(yīng)該不陌生,。它的原子結(jié)構(gòu)非常簡單,，是化學(xué)元素周期表中的3號元素。金屬鋰呈銀白色,，是密度最小的金屬,，可以漂浮在水上。

　　日常生活中,，我們常?？梢钥吹戒嚨纳碛啊１热?，手機,、平板電腦、電動汽車等都在使用鋰電池供電,。此外,，鋰元素還被大量應(yīng)用于航空航天、國防軍工等領(lǐng)域,。

　　當然,，鋰不光出現(xiàn)在日常生活中，它也是天體物理中最受關(guān)注的元素之一,。為何這么說,？“因為鋰可以用來追溯宇宙早期的一些信息，而且由它引出的科學(xué)難題實在是太多了,！”閆宏亮說,。

　　閆宏亮從這些難題中歸納出主要的三個，并稱其為：一“少”,、一“多”,、“先多后少”。

　　一“少”,，即古老恒星中的鋰太少了,。宇宙大爆炸產(chǎn)生了宇宙中最初的3種元素，分別是氫、氦和鋰,，誕生于宇宙初期的第一代恒星保留了這些元素,。粒子物理學(xué)家們通過計算，可以推斷每種元素究竟產(chǎn)生了多少,。然而,，從第一代古老恒星中實際觀測到的鋰含量與計算預(yù)期值并不吻合，只有計算預(yù)期值的1/3—1/2,。

　　一“多”,，即星際物質(zhì)中的鋰太多了。天文學(xué)家們又發(fā)現(xiàn)星際物質(zhì)中鋰的含量（鋰與氫的比例）比大爆炸理論所預(yù)言的要高4倍左右,。

　　閆宏亮說：“這就很奇怪了,，和恒星不同，星際物質(zhì)是存在于星系中的彌散物質(zhì),，因其自身特性,，按理說是無法產(chǎn)生鋰的，必須要借助宇宙射線的幫助,。不過即使算上所有可能性,，產(chǎn)量也不到星際物質(zhì)中鋰豐度的一半?！?/p>

　　“先多后少”,，則是指按大爆炸理論，所有的恒星在誕生之初都是含鋰的,，但演化到巨星階段（恒星的老年階段）時絕大多數(shù)的鋰會被消耗掉,。

　　“可是，像我們此次發(fā)現(xiàn)的這類富鋰巨星的存在卻無法用先前的理論來解釋,。這是為什么,？”閆宏亮說。

　　為了解答由鋰元素引出的這些問題,，世界各國的科學(xué)家們一直在孜孜不倦地探索和前行。

　　富鋰巨星不符合標準恒星模型

　　恒星如同人類一樣,，有誕生,、成長、衰老和死亡的過程,。而巨星階段是恒星暮年的開始,，幾乎每一顆恒星都要經(jīng)歷這樣一個階段。閆宏亮說：“在標準恒星模型中,，恒星在巨星階段會把自身的鋰元素‘消化’掉,，成為一個在表面上幾乎探測不到鋰元素的天體。”

　　為什么會出現(xiàn)這種情況,？

　　閆宏亮進一步解釋：“恒星在進入巨星階段時會出現(xiàn)體積膨脹的現(xiàn)象,，它的半徑一般會膨脹十倍或幾十倍。同時,，它的內(nèi)部會產(chǎn)生很強的對流,，從而導(dǎo)致鋰從恒星表面被帶入恒星內(nèi)部。由于恒星內(nèi)部溫度非常高,，鋰就被消耗掉了,。所以說，恒星在巨星階段鋰的含量應(yīng)該是呈幾十倍到上百倍減少的,?！?/p>

　　這樣的理論在很長一段時間內(nèi)被認為是正確的。直到1981年,，天文學(xué)家喬治·沃勒斯坦和克里斯·斯奈登利用一架小型望遠鏡發(fā)現(xiàn)了一顆特殊的恒星,，它的光譜非常奇特，在本不該有譜線的地方發(fā)現(xiàn)了一條很強的鋰線,。他們覺得這種現(xiàn)象極為罕見,，也無法給出確切的解釋。這種特殊的天體很快便成為大家關(guān)注的焦點,，人們稱其為富鋰巨星,。

　　那么，神秘的富鋰巨星究竟是如何形成的呢,？

　　閆宏亮說：“關(guān)于富鋰巨星如何形成至今沒有定論,，但主要有兩種理論猜測：一種認為是恒星吞噬了自己的行星，‘霸占’了原本屬于行星的鋰元素,；另一種則認為這些鋰元素來自恒星內(nèi)部,，巨星可以形成鈹?shù)耐凰兀@種元素很容易衰變成鋰,?！?/p>

　　閆宏亮認為第一種猜測還是有一定道理的?！坝捎阡囋匾紫牡奶匦?，這種元素在行星中反而更容易穩(wěn)定存在?！敝劣诘诙N猜測,，他認為困難的地方在于如何讓形成的鋰元素不被恒星內(nèi)部的高溫所破壞?！斑@就需要一種運輸方式將鈹這種原材料快速搬運到恒星表面,，讓其在比較低溫的區(qū)域變成鋰,。但這又怎樣才能做到？”

　　富鋰巨星數(shù)量稀少,，須借助海量數(shù)據(jù)才能發(fā)現(xiàn)

　　為了搞清楚富鋰巨星的來龍去脈,，科學(xué)家們開始搜集這類天體樣本。然而,，他們發(fā)現(xiàn)富鋰巨星的數(shù)量實在是太少了,，大概只占巨星的0.5%—1%。

　　富鋰巨星的數(shù)量如此稀少,，必須借助海量數(shù)據(jù)才能發(fā)現(xiàn),。我國自主設(shè)計建造的郭守敬望遠鏡大規(guī)模巡天的開展，為搜尋富鋰巨星提供了較大的便利,。

　　閆宏亮說：“LAMOST以每年超過百萬光譜的速度進行巡天觀測,，我們希望能通過這些海量光譜數(shù)據(jù)尋找到富鋰巨星，然后進行仔細的研究,，從而揭示其自身鋰元素的來源之謎,。”

　　閆宏亮介紹說,，科研人員在最初尋找富鋰巨星時主要是根據(jù)光譜,。“因為光譜里都有譜線,，每一種元素都會有相應(yīng)的譜線與之對應(yīng),。我們先找到有鋰元素譜線的光譜，然后看一下這些譜線的強弱,，把鋰線很強的從中挑選出來,。”

　　結(jié)果不負眾望,。不久前,，科研人員終于在LAMOST海量的光譜數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)了一條罕見光譜，確定其來自于一顆鋰豐度異常高的恒星,。

　　“在初步確定之后,，科研人員又利用自動行星搜尋者（APF）望遠鏡對其進行了跟蹤觀測”，閆宏亮說,，“因為LAMOST光譜的數(shù)量非常多,，但是分辨率相對比較低，不適合于針對某個恒星的細微觀測,，所以只能借助其他分辨率更高的望遠鏡?！?/p>

　　經(jīng)過進一步的跟蹤觀測,，科研人員發(fā)現(xiàn)這顆奇特恒星的質(zhì)量為太陽的1.5倍,，半徑約為太陽的15倍，是一顆典型的巨星,。接著,，他們對其鋰豐度進行了精確測量，發(fā)現(xiàn)這顆恒星絕對鋰豐度高達4.51,，是目前已知的鋰豐度最高的巨星,。

　　科研人員表示，這顆奇特恒星的發(fā)現(xiàn)刷新了人類對天體中鋰豐度的認知,，將國際上富鋰巨星的鋰豐度觀測極限提高了一倍,。

　　有了如此好的樣本，科研人員的研究也隨之又推進了一步,。

　　閆宏亮說：“關(guān)于富鋰巨星如何形成的第二種猜測是鋰元素來自于恒星內(nèi)部,，但如何把鋰帶到恒星表面一直沒有定論。尋找到這個樣本之后,，我們進行了數(shù)值模擬,，結(jié)果表明借助不對稱對流，產(chǎn)生如此高的鋰是完全可能的,?！?/p>

　　對此，閆宏亮打了個比方,?！斑@種不對稱對流就像是在恒星上安裝了兩種管道，一種是粗管道,，一種是細管道,。如果在固定的時間里流過相同量的物質(zhì)，細的管道流速一定更快,。這些鈹元素就是通過這種快速管道迅速上升到恒星表層,，進而在那里形成了鋰?！?/p>

　　閆宏亮表示,，這是我國科學(xué)家提出的獨樹一幟的新觀點，在一定程度上改變了人們對富鋰巨星的傳統(tǒng)認知,。

　　LAMOST光譜巡天還在繼續(xù),。接下來，人類是否能夠發(fā)現(xiàn)鋰含量更高的天體,？究竟是什么機制觸發(fā)了增強的不對稱對流……這些還需要科學(xué)家們不斷去探索和發(fā)現(xiàn),。

　　吳月輝

【糾錯】

責任編輯： 郝多