以前它始终在“装嫩”|“心电图”揭秘富锂巨星真实年龄

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来源:中国科学杂志

作者:丁嘉

说到锂,现代人并不陌生。智能手机、平板电脑、无人机、电动车都是用锂电池供电。

但是这个现代元素几乎和宇宙一样古老。

锂是宇宙中最早产生的元素之一。宇宙中有一个天体叫富锂巨星,其锂含量超过恒星演化的理论值几千倍。

这些天体中锂是如何产生的?天文学家一直在努力寻找答案。

最近《自然—天文学》发表了中国天文学家领导的国际研究小组关于富锂巨星真实身份的重要成果。

通过监测恒星的“心跳”,研究人员发现大多数富含锂的超级巨星并不像传统认为的那样是红色巨星。

这一发现挑战了传统的恒星演化理论,对于解开锂的起源之谜非常重要。

天文学家通过监测恒星的“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

14亿辆特斯拉的星际旅行

锂在宇宙诞生后20分钟内出现。作为当今物理宇宙的基本要素之一,它连接着宇宙的过去和现在。

然而,宇宙中许多天的锂含量与理论上的锂含量有很大不同,这一直困扰着天文学家。

富锂巨星就是这种矛盾的典型例子。

比如中国郭守敬望远镜发现的富锂巨人“王”,锂含量比太阳高3000倍之多。

据估计,如果用与这颗恒星锂含量相同的锂电池供电,14亿特斯拉电动车就可以“行驶”到夜空中人们能看到的任何一颗恒星,从而来到星际。

这些富锂巨星的巨额锂来自哪里?考虑到锂的起源和演化与宇宙中各种尺度的天体密切相关,天文学家认为这可能涉及对恒星演化理论和标准恒星模型的挑战,因此天文学家一直在努力揭开它们的神秘面纱,找出大量锂的来源。

当恒星进化到生命后期,会经历一个“致富”的过程,所以比太阳这样的年轻恒星要大得多,被称为“巨星”。

科学界对富锂巨星的演化阶段有很多看法。传统上,一般认为大部分低质量富锂巨星属于红色巨星。

长期以来,天文学家认为红巨星内部的强对流为锂的产生创造了条件,所以大多数富锂巨星应该是红巨星。

但这是正确答案吗?

“装嫩”的富锂巨星

事实上,随着恒星的不断演化,红巨星中心的氦会越积越多,压力和温度也会越来越高。

最后,在某个时刻,氦核被点燃。

一颗稳定燃烧的新心出现了,恒星进入了一个全新的阶段:——颗红星团星。

红巨星和红星团星外观几乎一模一样,但年龄差可以达到几百万年。

“这两颗星的温度和光度几乎相同,天文学家很难从表面判断。”

该团队的主要领导人之一、中国科学院国家天文台研究员赵刚说:“我们很难判断一个白发老人是70岁还是80岁。我们只能根据经验做出粗略的估计,但不一定准确。”

他们决定“触摸”富含锂的超级巨星的内部。

通过中国的LAMOST和日本的昴宿星等望远镜,科研团队收集了大量富锂巨星的光谱,并借助开普勒任务收集了这些富锂巨星的振动数据,得到了截然不同的结论。

该论文的第一作者、中国科学院国家天文台副研究员严宏良说:“我们为恒星做了心电图。星震就像恒星的心跳,可以传递恒星内部的真实信息。即使两者表面上看起来相似,红巨星和红星团星的‘心’是不一样的。”

发现80%以上的富锂巨星根本不是红色巨星,但他们的真实身份是晚年的“红星团星”。

事实证明,在过去的几十年里,这些宇宙“大电池”一直在“表现年轻”。

这对以往的理论研究提出了很大的挑战。

不同类型的富锂巨星在锂含量和恒星质量上与传统认知有显著差异,基于红色巨星的原始理论显然不适用于红色星团恒星。

"这些发现很难用传统理论来解释."中国科学院国家天文台研究员石评论说:“由于内部物理环境的不同,原来的理论不适用于红巨星。我们需要尽快找到这种观察现象的真正原因。”

前途光明的星震学

在这项研究中,恒星“心跳”的监测技术起了决定性的作用。

恒星的“心跳”来自恒星的振动,——。

那么,明星的“心跳”是什么?天体地震学是如何通过恒星的“心跳”知道真相的?

以太阳为例。其实就是一直在窃窃私语。

虽然科学家们不能真正“听到”太阳的声音,但这些噪音会导致太阳亮度的轻微变化。

所以我们可以通过记录亮度的变化来知道太阳是如何振动的。

就像人类的心跳一样,恒星的振动也代表了其身体的内部信息,这是其他常规方法无法获得的,而恒星地震的方法就像医生的听诊器在听恒星的“心跳”。

严宏良介绍说,不同演化阶段的恒星在振动频率上有明显的差异。

由于燃料和能量传递形式的不同,红巨星和红星团恒星的“心脏”跳动有很大的不同。

一般来说,“年轻”的红巨星的“心跳”比较快,“老”的红巨星的“心跳”比较慢。