科學(xué)家基于LAMOST中分辨率光譜，一次性發(fā)現(xiàn)了九顆超富鋰矮星

作者 | LAMOST運(yùn)行和發(fā)展中心

近期，科學(xué)家基于LAMOST中分辨率光譜，一次性發(fā)現(xiàn)了九顆鋰元素含量極端高的尚未演化的恒星，即超富鋰矮星。其中一顆超富鋰矮星的鋰元素含量達(dá)到太陽的31倍（4.8 dex），這一發(fā)現(xiàn)刷新了此類恒星的鋰元素含量紀(jì)錄，成為矮星界的“鋰王”。

在此之前，天文學(xué)家僅發(fā)現(xiàn)過四顆類似的超富鋰矮星。LAMOST中分辨率光譜是什么，為什么能取得如此高顯示度的成果？這一發(fā)現(xiàn)能否揭示超富鋰矮星中鋰元素的起源與演化機(jī)制之間的關(guān)系？

01

恒星也有高矮之分？

在弄清楚何為超富鋰矮星之前，我們需要先明白什么才是矮星，與之相對，還有巨星。恒星如同人類一樣，也會經(jīng)歷誕生、成長、衰老到死亡的不同階段。恒星在生命歷程的不同演化階段體積和溫度都會發(fā)生變化，處于穩(wěn)定的主序階段的青壯年恒星就被稱為矮星，此時的恒星還未開始演化。

待恒星中心的氫核燃盡熄滅后，恒星會從主序階段逐步演化成紅巨星，繼續(xù)維持紅巨星生命力的是處于氦核外圍的氫殼層燃燒，外殼膨脹引起恒星體型“變胖”，故名“巨星”。之后紅巨星會繼續(xù)演化成更晚年的紅團(tuán)簇星以及漸近支巨星，這些演化階段的恒星都被稱為“巨星”。

以我們熟悉的太陽為例，目前太陽就是一顆尚未演化的黃色矮星，待它演化至紅巨星時，體積大約會變大到現(xiàn)在的百萬倍。

尚未演化的黃矮星的太陽示意圖丨圖片來源：Veer圖庫

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LAMOST中分辨率光譜神在哪里？

四千光纖橫掃蒼穹，千萬光譜探秘宇宙，這就是被譽(yù)為“光譜之王”的郭守敬望遠(yuǎn)鏡（LAMOST）。LAMOST是我國科學(xué)家自主創(chuàng)新研制、擁有多個國際首創(chuàng)技術(shù)的大視場兼大口徑的新型光學(xué)天文望遠(yuǎn)鏡，也是我國的第一個天文類國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施。在過去的十年時間里，LAMOST引領(lǐng)了國際大規(guī)模光譜巡天項目的發(fā)展，是世界上首個發(fā)布光譜數(shù)據(jù)超千萬量級的巡天利器。

郭守敬望遠(yuǎn)鏡丨圖片來源：科技日報

2012年9月至2017年6月，LAMOST圓滿完成了第一期低分辨率光譜巡天任務(wù)。2018年10月，LAMOST正式開啟了中、低分辨率交替進(jìn)行的二期光譜巡天，預(yù)計2023年6月結(jié)束。所謂低分辨率巡天簡單而言就是獲取天體基本的身份信息，而中分辨率巡天則是除了獲取天體基本的身份信息，還能獲取詳細(xì)的化學(xué)DNA信息，可以更好地了解天體的起源和演化。

近年來，天文學(xué)家充分發(fā)揮LAMOST中分辨率光譜數(shù)據(jù)的絕對優(yōu)勢，在搜尋稀有天體，恒星物理和雙星演化及性質(zhì)等前沿科學(xué)領(lǐng)域的研究取得突破性進(jìn)展。

03

鋰元素是宇宙秘密的關(guān)鍵元素

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，一直以來，它在宇宙和恒星中的演化都是天文領(lǐng)域的重要課題，然而當(dāng)代天文學(xué)對鋰元素的理解還具有很大局限性。

之前，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)在極少數(shù)已經(jīng)演化過的恒星中存在鋰元素含量異常高的現(xiàn)象，也就是富鋰巨星。過去幾年，LAMOST在富鋰巨星研究方面取得了一系列突破性進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)了一萬余顆富鋰巨星，加深了人類對此類稀有天體以及巨星中鋰元素演化的認(rèn)知。富鋰巨星的存在表明在恒星演化過程中存在未知的機(jī)制可以顯著改變恒星表面的鋰含量。

然而，該研究成果中這九顆奇特的超富鋰矮星表明，不僅僅是巨星，極少數(shù)尚未演化的矮星也表現(xiàn)出了鋰含量異常高的現(xiàn)象，這九顆超富鋰矮星的鋰元素含量都要比太陽中的鋰含量至少高三倍以上，這意味著這些恒星可能形成于比太陽附近鋰含量更高的環(huán)境中，也可能是某種特殊機(jī)制增加了恒星表面的鋰含量。

04

尚未演化成巨星的超富鋰矮星

這種還沒有演化到巨星階段的超富鋰矮星十分罕見，過去天文學(xué)家僅僅發(fā)現(xiàn)了四顆，因此對它們的形成機(jī)制也知之甚少。對于此類尚未演化到巨星的超富鋰矮星的形成機(jī)制一直存在很大爭議，天文學(xué)家認(rèn)為原子擴(kuò)散，恒星吸積了周圍的富鋰物質(zhì)或者恒星處于雙星系統(tǒng)中，與伴星之間的相互作用引起了鋰元素含量異常高的現(xiàn)象都有可能是形成超富鋰矮星的因素。

此次，研究人員充分發(fā)揮了LAMOST多目標(biāo)中分辨率光譜巡天優(yōu)勢，一次性發(fā)現(xiàn)了九顆新的超富鋰矮星。在研究過程中，研究團(tuán)隊綜合考慮了多種因素對鋰元素含量的影響，并結(jié)合LAMOST光譜及美國TESS空間望遠(yuǎn)鏡的時序測光數(shù)據(jù)，結(jié)果顯示其中七顆超富鋰矮星擁有高的自轉(zhuǎn)速度，均在9公里每秒以上，大約相當(dāng)于地球自傳速度的20倍，其中三顆的亮度存在著周期性變化，還有一顆處在雙星系統(tǒng)中。
9顆新發(fā)現(xiàn)的超富鋰矮星的鋰元素含量示意圖丨圖片來源：嚴(yán)太生

這些觀測證據(jù)表明，對多數(shù)超富鋰矮星來說，吸積周圍富鋰物質(zhì)可能是它們鋰元素含量異常增高的主要機(jī)制，但是也不排除少數(shù)是雙星相互作用的結(jié)果。

論文鏈接：

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

出品：科普中國

監(jiān)制：中國科普博覽

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