富锂巨星高寿几何？恒星“心电图”揭晓答案

天文学家通过监测富锂巨星的心跳和分析它们的光谱揭秘其真实身份。喻京川绘图

锂元素在恒星中的起源与演化一直困扰着天文学家。

来自中国科学院国家天文台等国内外单位的研究人员，借助我国重大基础科技设施LAMOST巡天数据和美国开普勒太空望远镜的星震数据，通过监听恒星的“心跳”，发现绝大多数富锂巨星其实比之前认为的更“老”一些，它们都是红团簇星，而不是传统上所认为的红巨星。

这一发现挑战了传统恒星演化理论，对最终解开锂元素的起源之谜至关重要。相关研究成果于10月6日在线发表于《自然·天文》杂志上。

锂元素含量困扰天文学家

事实上，锂是宇宙中最早形成的元素之一。伴随着137亿年前的大爆炸，锂元素在宇宙诞生后的20分钟内就出现了，作为构成当今物质宇宙的基本元素之一，说它连接了宇宙的过去与现在一点也不为过。

但是，锂元素在宇宙中很多天体内的含量却与理论表现出较大差异，这一直困扰着天文学家。

富锂巨星就是这种矛盾的一个典型例子。巨星是恒星演化到生命晚期阶段时的名字，因为它们经历了一个“发福”的过程，和处于青壮年的恒星相比身形更加巨大。

顾名思义，富锂巨星的锂元素含量远超同类的巨星天体。它们在晚期的小质量恒星中只占1%，但其大气中所蕴含的锂元素却比99%的晚期小质量恒星高出成百上千倍。

这些天体中的锂是如何产生的？天文学家一直在努力寻找答案。

如同人类一样，恒星也有诞生、成长、衰老及死亡等过程。太阳就是一颗正处于青壮年时期的恒星。不过，随着恒星不断发光发热，其内部物质会出现明显的变化，并由此产生一系列改变。

红巨星和红团簇星是恒星进入晚年后两种不同阶段，它们内部进行核反应的物质不完全相同，因此其结构和物理过程也具有显著差异。但如果仅从表面上看，天文学家很难判断一颗恒星究竟是红巨星还是红团簇星。

“这是因为两种恒星在温度和光度方面相差无几，就像我们很难判断一位白发苍苍的老者到底是70岁还是80岁一样，只能根据经验进行一个大致的估计，但并不一定非常准确。”论文共同通讯作者、中国科学院国家天文台研究员赵刚解释道。

恒星“心跳”泄露身份

长久以来，天文学家认为，红巨星内部剧烈的对流为锂元素的产生创造了条件，因此大部分富锂巨星应该是红巨星。

但是，对此持怀疑态度的科研团队通过我国LAMOST、日本昴星团等望远镜采集了大量富锂巨星的光谱，并借助开普勒太空望远镜获得了这些富锂巨星的震动数据，得到了截然不同的结论。

“我们给恒星做了‘心电图’。”论文第一作者、中国科学院国家天文台副研究员闫宏亮介绍道，“星震就像是恒星的心跳，能够传递恒星内部的真实信息，就算两者表面上看起来差不多，但红巨星和红团簇星的‘心脏’是不同的。”

研究发现，超过80%的富锂巨星是红团簇星，而且不同类型的富锂巨星在锂含量、恒星质量等多个方面均与传统认知存在着显著差别。

对此，论文共同通讯作者、中国科学院国家天文台研究员施建荣评论道，这些发现很难用传统理论去解释。由于内部物理环境不同，原有的理论并不适用于红团簇星，需要尽快寻找到这一观测现象的真实原因。

“我们看到最近国际上提出了不少新的理论来解释这个问题。”赵刚说，包括氦闪、双星的合并、特殊的对流等，虽然目前尚无定论，但下一步的关键就是去逐一检验这些理论，找到真相。(记者 陆成宽)