-“心电图”揭秘富锂巨星真实年龄——原来它一直在装嫩!
作者:丁佳
发布时间:2020-10-15
浏览次数:1016
 -“心电图”揭秘富锂巨星真实年龄——原来它一直在装嫩!

天文学家通过恒星监测恒星的心跳和分析它们的光谱揭秘富锂巨星的真实身份。图片来源:喻京川/北京天文馆

说到锂元素,现代人并不陌生,无论是智能手机、平板电脑,还是无人机、电动汽车,都在使用锂电池供电。但这个现代感十足的元素其实几乎和宇宙一样古老。

锂元素是宇宙中最早产生的元素之一,宇宙中有一种被称为富锂巨星的天体,它们锂元素的含量超过恒星演化理论值的上千倍。针对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。

近日,《自然—天文》杂志发布了一项由我国天文学家主导的国际科研团队关于富锂巨星真实身份的重要成果。通过监听恒星的“心跳”,研究人员发现绝大多数富锂巨星并不是传统上所认为的红巨星。这一发现挑战了传统的恒星演化理论,对最终解开锂元素的起源之谜至关重要。

14亿辆特斯拉的星际旅行

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,它连接了宇宙的过去与现在。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,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。例如,由中国郭守敬望远镜(LAMOST)发现的富锂巨星“王者”,其锂含量超过太阳3000倍之多。据测算,如果使用这颗恒星的锂电池供电,可以让14亿辆特斯拉电动车“开”到任何一个人们在夜空中能看到的恒星处,来一趟所走就走的星际穿越。

这些富锂巨星的巨额锂元素究竟来源于哪里?考虑到锂元素的起源与演化与宇宙中各类尺度的天体息息相关,天文学家相信,这其中很可能涉及对恒星演化理论和标准恒星模型的挑战,因此他们一直试图解开它们的神秘面纱,弄清大量的锂元素究竟从何而来。

恒星在演化到生命晚期阶段时,会经历一个“发福”的过程,因此它们和太阳这样处于青壮年的恒星相比,身形巨大得多,称为“巨星”。科学界对富锂巨星的演化阶段一直存在多种说法,传统上一般认为,小质量富锂巨星多数属于红巨星。

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可能的条件,因此大部分富锂巨星应该是红巨星。

但这就是正确答案吗?

“装嫩”的富锂巨星

其实,随着恒星的继续演化,红巨星中心的氦会积攒得越来越多,压力和温度也越来越高。终于在某个瞬间,氦核被点燃了。一个稳定燃烧的新心脏出现,恒星进入了一个崭新的阶段——红团簇星。

红巨星和红团簇星从表面上看长得几乎完全相同,但年龄相差可达百万年之遥。“这两种恒星在温度和光度方面相差无几,天文学家从表面上很难判断。”该团队的主要领导者之一、中国科学院国家天文台研究员赵刚说,“这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。”

他们决定“摸”到富锂巨星的内部去一探究竟。

通过我国LAMOST、日本昴星团等望远镜,科研团队采集了大量富锂巨星的光谱,并借助开普勒太空望远镜对这些富锂巨星的震动数据,得到了截然不同的结论。

论文的第一作者,国家天文台副研究员闫宏亮说:“我们给恒星做了个‘心电图’。 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%的富锂巨星根本不是人们之前所认为的红巨星,它们的真实身份是更加晚年的“红团簇星”。原来,这些宇宙“大电池”再过去的数十年里一直在“装嫩”。

这对先前的理论研究提出了巨大的挑战。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显著不同,原有的基于红巨星的理论显然并不适用于红团簇星。

“这些发现很难用传统理论去解释。”中科院国家天文台研究员施建荣评论称,“由于内部物理环境不同,原有的理论并不适用于红团簇星,我们需要尽快寻找到这一观测现象的真实原因。”

前途光明的星震学

在该项研究中,恒星“心跳”监测技术起到了决定性的作用。恒星的“心跳”来自于恒星的震动——星震。那么,恒星到底是怎么“心跳”的呢?星震学又是如何通过恒星的“心跳”了解真相呢?

以太阳为例,其实它每时每刻都在“低声细语”。虽然科学家并不能够真的“听到”太阳的声音,但这些噪音会使太阳亮度发生微小的变化。所以只要记录亮度的变化,就可以知道太阳是如何振动的了。

就像人类的心跳一样,恒星的振动也代表着它身体内部的信息,这些内部信息是其他常规方法无法获取的,而星震的方法就如同医生的听诊器一样倾听着恒星的心跳。

闫宏亮介绍,不同演化阶段的恒星在振动频率上有着明显的差异。红巨星和红团簇星由于不同的燃料和能量传输形式,它们的心脏跳动有着十分显著的区别。一般来说,“小年轻”红巨星的心跳得更快一些,而上了“年纪”的红团簇星心跳则更加迟缓。

富锂巨星的身世之谜解开了,天文学家似乎也有了更多的研究课题。“最近国际上提出了不少新的理论来解释这个问题,如氦闪、双星合并、特殊对流等等,目前尚无定论。下一步的关键就是去逐一检验这些理论,最终找到真相。”赵刚说。



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