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鋰元素從何而來(lái)? 毀滅中的新生 類太陽(yáng)恒星普遍可產(chǎn)生鋰元素
時(shí)間:2020-07-07 11:32:27

類太陽(yáng)恒星會(huì)產(chǎn)生鋰元素嗎?它發(fā)生在恒星演化的哪個(gè)階段?來(lái)自中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)等國(guó)內(nèi)外單位的研究人員,利用郭守敬望遠(yuǎn)鏡(LAMOST)光譜數(shù)據(jù)及國(guó)際GALAH巡天數(shù)據(jù)首次發(fā)現(xiàn)類太陽(yáng)恒星經(jīng)過(guò)氦閃后普遍可以產(chǎn)生鋰元素。相關(guān)研究成果7月6日在線發(fā)表于《自然·天文》雜志上。

鋰通常用于現(xiàn)代通信設(shè)備和運(yùn)輸行業(yè),手機(jī)、平板電腦、電動(dòng)汽車等都使用鋰電池供電。此外,鋰元素還被大量應(yīng)用于航空航天、國(guó)防軍工等領(lǐng)域。

但是,你是否想過(guò),鋰元素從何而來(lái)?

“絕大多數(shù)鋰的起源可以追溯到同一個(gè)事件,那就是大約138億年前發(fā)生的宇宙大爆炸,也就是宇宙的起源。”論文第一作者、中科院國(guó)家天文臺(tái)庫(kù)馬爾博士說(shuō)。鋰是目前已知的在宇宙早期大爆炸中最早產(chǎn)生的三種元素之一,另外兩種是氫和氦??梢哉f(shuō),鋰元素是連接宇宙大爆炸、星際物質(zhì)和恒星的關(guān)鍵元素,對(duì)鋰元素的研究是宇宙和恒星演化的重要課題。

與其他元素不同,研究人員普遍認(rèn)為鋰元素將會(huì)在恒星中逐漸消失。這是因?yàn)殇嚳梢栽谙鄬?duì)較低的溫度下(250萬(wàn)度)參與恒星內(nèi)部的核反應(yīng),經(jīng)過(guò)與外部大氣的混合后,最初的鋰就會(huì)在恒星生命周期中消失。比如,太陽(yáng)和地球的組成元素高度相似,且被認(rèn)為幾乎同時(shí)形成,但太陽(yáng)中的鋰含量卻比地球中的鋰含量低了100倍。

隨著觀測(cè)技術(shù)的進(jìn)步,人們陸續(xù)發(fā)現(xiàn),部分類太陽(yáng)恒星大氣中的鋰含量非常高,在某些情況下,甚至比理論模型預(yù)測(cè)高出10萬(wàn)倍。到底什么原因?qū)е铝祟愄?yáng)恒星中鋰含量異常升高?這個(gè)問(wèn)題在過(guò)去40年里一直困擾著研究人員。

借助GALAH、LAMOST和GAIA巡天數(shù)據(jù),研究人員發(fā)現(xiàn)了類太陽(yáng)恒星經(jīng)過(guò)氦閃后鋰豐度異常升高的現(xiàn)象極為普遍。在恒星演化的晚期,其核心不斷積累氦元素,并導(dǎo)致溫度和壓力持續(xù)上升,這個(gè)巨大的氦核最終被點(diǎn)燃,發(fā)生劇烈失控地核燃燒,就像在恒星內(nèi)部引爆了一顆氦原子彈,在幾分鐘內(nèi)釋放出相當(dāng)于整個(gè)銀河系的能量。這個(gè)現(xiàn)象被研究人員稱為氦閃。

“理論模型預(yù)測(cè)經(jīng)歷此階段的恒星鋰含量應(yīng)該非常低,但實(shí)際上,觀測(cè)卻發(fā)現(xiàn)這些恒星的鋰含量平均高出理論預(yù)測(cè)值的200多倍,這表明類太陽(yáng)恒星通過(guò)氦閃產(chǎn)生了新的鋰元素。”庫(kù)馬爾說(shuō),同時(shí),由于氦閃是類太陽(yáng)恒星演化過(guò)程中必然會(huì)經(jīng)歷的過(guò)程,因此類太陽(yáng)恒星經(jīng)過(guò)氦閃后普遍會(huì)產(chǎn)生鋰元素。

“這項(xiàng)研究首次提出氦閃是導(dǎo)致類太陽(yáng)恒星鋰豐度異常升高的重要機(jī)制,對(duì)我們而言,下一步研究的關(guān)鍵是了解鋰在氦閃和混合機(jī)制之間的核聚變,這里依然包含著很多未解之謎。”論文共同通訊作者、中科院國(guó)家天文臺(tái)研究員趙剛說(shuō)。

 

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