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(yáng)的31倍（4.8 dex），這一發(fā)現(xiàn)刷新了此類(lèi)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(guò)四顆類(lèi)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(duì)，還有巨星。恒星如同人類(lèi)一樣，也會(huì)經(jīng)歷誕生、成長(zhǎng)、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(huì)發(fā)生變化，處于穩(wěn)定的主序階段的青壯年恒星就被稱(chēng)為矮星，此時(shí)的恒星還未開(kāi)始演化。

待恒星中心的氫核燃盡熄滅后，恒星會(huì)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(huì)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(chēng)為“巨星”。

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

尚未演化的黃矮星的太陽(yáng)示意圖丨圖片來(lái)源：Veer圖庫(kù)

02

LAMOST中分辨率光譜神在哪里？

四千光纖橫掃蒼穹，千萬(wàn)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(guó)科學(xué)家自主創(chuàng)新研制、擁有多個(gè)國(guó)際首創(chuàng)技術(shù)的大視場(chǎng)兼大口徑的新型光學(xué)天文望遠(yuǎn)鏡，也是我國(guó)的第一個(gè)天文類(lèi)國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施。在過(guò)去的十年時(shí)間里，LAMOST引領(lǐng)了國(guó)際大規(guī)模光譜巡天項(xiàng)目的發(fā)展，是世界上首個(gè)發(fā)布光譜數(shù)據(jù)超千萬(wàn)量級(jí)的巡天利器。

郭守敬望遠(yuǎn)鏡丨圖片來(lái)源：科技日?qǐng)?bào)

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(kāi)啟了中、低分辨率交替進(jìn)行的二期光譜巡天，預(yù)計(jì)2023年6月結(jié)束。所謂低分辨率巡天簡(jiǎn)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(lái)，天文學(xué)家充分發(fā)揮LAMOST中分辨率光譜數(shù)據(jù)的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，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(lái)，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(duì)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(guò)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(guò)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(wàn)余顆富鋰巨星，加深了人類(lèi)對(duì)此類(lèi)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(guò)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(yáng)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(yáng)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(méi)有演化到巨星階段的超富鋰矮星十分罕見(jiàn)，過(guò)去天文學(xué)家僅僅發(fā)現(xiàn)了四顆，因此對(duì)它們的形成機(jī)制也知之甚少。對(duì)于此類(lèi)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(zhēng)議，天文學(xué)家認(rèn)為原子擴(kuò)散，恒星吸積了周?chē)母讳囄镔|(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(shì)，一次性發(fā)現(xiàn)了九顆新的超富鋰矮星。在研究過(guò)程中，研究團(tuán)隊(duì)綜合考慮了多種因素對(duì)鋰元素含量的影響，并結(jié)合LAMOST光譜及美國(guó)TESS空間望遠(yuǎn)鏡的時(shí)序測(cè)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(lái)源：嚴(yán)太生

這些觀測(cè)證據(jù)表明，對(duì)多數(shù)超富鋰矮星來(lái)說(shuō)，吸積周?chē)讳囄镔|(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(guó)

監(jiān)制：中國(guó)科普博覽

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