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这种罕见的恒星,科学家一次性发现九颗!

作者 | LAMOST运行和发展中心

近期,科学家基于LAMOST中分辨率光谱,一次性发现了九颗锂元素含量极端高的尚未演化的恒星,即超富锂矮星。其中一颗超富锂矮星的锂元素含量达到太阳的31倍(4.8 dex),这一发现刷新了此类恒星的锂元素含量纪录,成为矮星界的“锂王”。

在此之前,天文学家仅发现过四颗类似的超富锂矮星。LAMOST中分辨率光谱是什么,为什么能取得如此高显示度的成果?这一发现能否揭示超富锂矮星中锂元素的起源与演化机制之间的关系?

 

01、恒星也有高矮之分?

在弄清楚何为超富锂矮星之前,我们需要先明白什么才是矮星,与之相对,还有巨星。恒星如同人类一样,也会经历诞生、成长、衰老到死亡的不同阶段。恒星在生命历程的不同演化阶段体积和温度都会发生变化,处于稳定的主序阶段的青壮年恒星就被称为矮星,此时的恒星还未开始演化。

待恒星中心的氢核燃尽熄灭后,恒星会从主序阶段逐步演化成红巨星,继续维持红巨星生命力的是处于氦核外围的氢壳层燃烧,外壳膨胀引起恒星体型“变胖”,故名“巨星”。之后红巨星会继续演化成更晚年的红团簇星以及渐近支巨星,这些演化阶段的恒星都被称为“巨星”。

以我们熟悉的太阳为例,目前太阳就是一颗尚未演化的黄色矮星,待它演化至红巨星时,体积大约会变大到现在的百万倍。
尚未演化的黄矮星的太阳示意图丨图片来源:Veer图库

 

02、LAMOST中分辨率光谱神在哪里?

四千光纤横扫苍穹,千万光谱探秘宇宙,这就是被誉为“光谱之王”的郭守敬望远镜(LAMOST)。LAMOST是我国科学家自主创新研制、拥有多个国际首创技术的大视场兼大口径的新型光学天文望远镜,也是我国的第一个天文类国家重大科技基础设施。在过去的十年时间里,LAMOST引领了国际大规模光谱巡天项目的发展,是世界上首个发布光谱数据超千万量级的巡天利器。

郭守敬望远镜丨图片来源:科技日报

 

2012年9月至2017年6月,LAMOST圆满完成了第一期低分辨率光谱巡天任务。2018年10月,LAMOST正式开启了中、低分辨率交替进行的二期光谱巡天,预计2023年6月结束。所谓低分辨率巡天简单而言就是获取天体基本的身份信息,而中分辨率巡天则是除了获取天体基本的身份信息,还能获取详细的化学DNA信息,可以更好地了解天体的起源和演化。

近年来,天文学家充分发挥LAMOST中分辨率光谱数据的绝对优势,在搜寻稀有天体,恒星物理和双星演化及性质等前沿科学领域的研究取得突破性进展。

 

03、锂元素是宇宙秘密的关键元素

锂元素是连接宇宙大爆炸、星际物质和恒星的关键元素,一直以来,它在宇宙和恒星中的演化都是天文领域的重要课题,然而当代天文学对锂元素的理解还具有很大局限性。

之前,天文学家发现在极少数已经演化过的恒星中存在锂元素含量异常高的现象,也就是富锂巨星。过去几年,LAMOST在富锂巨星研究方面取得了一系列突破性进展,发现了一万余颗富锂巨星,加深了人类对此类稀有天体以及巨星中锂元素演化的认知。富锂巨星的存在表明在恒星演化过程中存在未知的机制可以显著改变恒星表面的锂含量。

然而,该研究成果中这九颗奇特的超富锂矮星表明,不仅仅是巨星,极少数尚未演化的矮星也表现出了锂含量异常高的现象,这九颗超富锂矮星的锂元素含量都要比太阳中的锂含量至少高三倍以上,这意味着这些恒星可能形成于比太阳附近锂含量更高的环境中,也可能是某种特殊机制增加了恒星表面的锂含量。

 

04、尚未演化成巨星的超富锂矮星

这种还没有演化到巨星阶段的超富锂矮星十分罕见,过去天文学家仅仅发现了四颗,因此对它们的形成机制也知之甚少。对于此类尚未演化到巨星的超富锂矮星的形成机制一直存在很大争议,天文学家认为原子扩散,恒星吸积了周围的富锂物质或者恒星处于双星系统中,与伴星之间的相互作用引起了锂元素含量异常高的现象都有可能是形成超富锂矮星的因素。

此次,研究人员充分发挥了LAMOST多目标中分辨率光谱巡天优势,一次性发现了九颗新的超富锂矮星。在研究过程中,研究团队综合考虑了多种因素对锂元素含量的影响,并结合LAMOST光谱及美国TESS空间望远镜的时序测光数据,结果显示其中七颗超富锂矮星拥有高的自转速度,均在9公里每秒以上,大约相当于地球自传速度的20倍,其中三颗的亮度存在着周期性变化,还有一颗处在双星系统中。9颗新发现的超富锂矮星的锂元素含量示意图丨图片来源:严太生

 

这些观测证据表明,对多数超富锂矮星来说,吸积周围富锂物质可能是它们锂元素含量异常增高的主要机制,但是也不排除少数是双星相互作用的结果。

 

论文链接:https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ac63a5

出品:科普中国监制:中国科普博览

 



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