通过监测其心跳来揭示富含锂的恒星的秘密

天文学家通过监测心跳并分析其光谱来揭示富含锂的低质量演化恒星的秘密。图片来源:于景川,北京天文馆

锂是一种古老的元素,几乎与宇宙本身一样古老。尽管锂是当今宇宙的组成部分之一,但锂在许多天体中的存在经常与经典理论的预测相冲突。

富含锂的恒星,仅占低质量演化恒星总数的1%,是这种冲突的一个例子。它们保存的锂比普通恒星多多达数千倍,而天文学家想知道这些富含锂的恒星到底是什么以及为什么存在。

中国科学院国家天文台的赵刚教授,史建荣教授和严红亮博士领导的国际团队的最新研究为富含锂的恒星提供了新的见解。该研究于10月5日发表在《自然天文学》上。

通过监测他们的“心跳”,他们发现大多数富含锂的恒星是所谓的“红色团块”,而不是以前认为的“红色巨人”。

该论文的共同作者赵教授说:“红色团块和红色巨人是衰老恒星不同阶段的名字,尽管它们在HR图上看起来很像,HR图是一种测绘工具”恒星一生的演化阶段。”

他补充说:“想象一下,你正在看两个灰发的长者。” “仅凭外貌很难分辨谁年龄更大。”

红色团星的内部结构与中心核周围有氢核燃烧的红色巨星不同,但与某些红色巨星的温度和光度却没有区别。图片来源:日本国家天文台青木和光

传统上,红色巨星的对流运动被认为是在恒星中形成锂的有利环境。这在一定程度上解释了为什么一开始,大多数富含锂的恒星被认为是红色巨人。

这项研究的主要作者严博士说:“关键问题是我们并不完全知道富含锂的恒星到底是什么,但是现在我们知道了。”

改变游戏规则的方法是光谱学和星震学的结合,这项技术通过监视由美国国家航空航天局(NASA)发射的太空卫星开普勒(Kepler)的光变化来测量恒星振荡的特征。严博士说:“我们正在监测心跳,并记录心电图。” “尽管红色巨人和红色团块的外表相似,但它们的内心却各不相同,因此拍打方式也各不相同。”

这项研究中,大多数富含锂的恒星是由位于中国兴隆站的大型天地多物镜光谱望远镜(LAMOST)发现的,这是一种采用主动光学技术的特殊的经络反射施密特望远镜。全球其他望远镜使用不同的分辨率(例如日本操作的斯巴鲁望远镜)也观察到其中一些恒星,以确认从LAMOST数据得出的信息是正确的。赵教授说:“光谱可以告诉我们恒星的物理参数,以及它们的大气中存有多少锂。” “因此光谱在我们的研究中与恒星的'心跳'同等重要。”

研究表明,超过80%的富含锂的恒星是红色团块。同样重要的是,当富锂恒星的“心跳”有助于将单个恒星分为红色团块或红色巨星时,它会揭示出许多新的特征。该论文的另一位同时通讯作者史教授说:“使用当前的情况很难解释所有这些签名。” “还有一些未知的过程可能会严重影响低质量恒星演化过程中的表面化学成分,但这对我们的天文学家来说是一个激动人心的机会,以了解锂是如何在恒星中产生的。”

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