富锂巨星高寿几何？恒星“心电图”揭晓答案

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。