正在阅读: “贵族”富锂巨星现身宇宙
首页> 科普频道> 天文前沿 > 正文

“贵族”富锂巨星现身宇宙

来源:光明网2018-08-07 18:09

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

    北京时间8月7日凌晨,国际科学期刊《自然•天文》(Nature Astronomy)在线发布我国天文学家的一项重大发现,以中国科学院国家天文台为首的科研团队依托国家重大科技基础设施郭守敬望远镜(LAMOST)发现一颗奇特天体,它的锂元素丰度约是同类天体的3000倍,这是目前人类已知锂元素丰度最高的恒星。

    这一发现到底有何重要意义?

    请听发现者之一的闫宏亮博士娓娓道来。

    简单元素的复杂难题

    说起锂元素,大家都不陌生,小到你拿在手里的手机、平板电脑,大到无人飞行器、电动汽车,都在使用锂电池供电。美国一家公司甚至成功将锂电池模组并入到纽约电力网络中,用来满足纽约市民用电高峰的需求。除此之外,锂元素还被大量应用于航空航天、国防军工等领域。可见,锂元素与电池的完美结缘,成为了现代科技革命的“重头戏”。

“贵族”富锂巨星现身宇宙

    图1. 没有锂电池就没有现代手机、电动汽车的普及

    图片来源:9to5mac.com, Teslarati.com

    锂元素的原子结构非常简单,它紧随氢和氦,排在化学元素周期表的第三位。然而如此简单的元素,却一直困扰着科学家,因为锂引出的难题实在太多了。

    第一个问题:科学家发现古老恒星中的锂太少了。大爆炸产生了宇宙中最初的3种元素,分别是氢,氦和锂,而诞生于宇宙初期的古老恒星保留了这些原材料。天才的粒子物理学家们通过计算,可以推断每种元素究竟产生了多少,而且和观测到的数量基本吻合。只有锂元素除外,因为在古老恒星中观测到的锂含量只有计算预期值的一半。

    第二个问题:恰恰相反,科学家们又发现星际物质中锂太多了。天文学家在星际物质中发现锂的含量(锂与氢的比例)比大爆炸理论所预言的高4倍左右。星际物质因为其自身特性,是无法产生锂的,必须要借助宇宙射线的帮助。不过即使算上所有可能性,产量也不到星际物质中锂丰度的一半。

    第三个问题:所有恒星在诞生时候都是含锂的,但演化到巨星(恒星演化后期)阶段时绝大多数的锂会被消耗掉,那么今天的主角出现了——富锂巨星存在吗?它有什么特别之处呢?

“贵族”富锂巨星现身宇宙

    图2. 粒子物理学家可计算出宇宙是如何诞生的

    图片来源:The Big Bang Theory

    为了解答锂元素制造的这些问题,科学家们在浩瀚的宇宙中不断探索、前行。

    富锂巨星的搜寻之旅

    恒星如同人类一样,会诞生、成长、衰老、死亡。而巨星阶段是恒星暮年的开始,几乎任何一颗恒星都要经历这样一个阶段。在标准恒星模型中,恒星在巨星阶段会把自身的锂元素“消化”掉,成为一个在表面上几乎探测不到锂元素的天体。

“贵族”富锂巨星现身宇宙

    图3. 恒星的暮年——红巨星与太阳的对比

    图片来源:NASA Goddard Space Flight Center

    这样的预言在相当长一段时间内都被认为是正确的。直到1981年,两位天文学家George Wallerstein和Chirs Sneden利用一架小望远镜发现了一颗特殊的恒星,它的光谱非常奇特,在本不该有谱线的地方发现了一条很强的锂线。他们觉得这种现象极为罕见,也无法给出确切的解释。这种特殊的天体很快成为了大家关注的焦点,人们称之为富锂巨星

    为了搞清楚富锂巨星的来龙去脉,科学家们便开始搜集这类天体样本。然而让人大跌眼镜的是,他们发现富锂巨星的数量实在是少的可怜,大概只占巨星的0.5%-1%左右。因此搜寻富锂巨星的工作就如同星海里捞针,非常困难。

    我国自主设计建造的郭守敬望远镜(LAMOST)大规模巡天的开展,为搜寻富锂巨星提供了宝贵的机遇。

    近日,国家天文台闫宏亮博士、赵刚研究员、施建荣研究员等人利用LAMOST数据发现一颗奇特天体,居住在银河系中心附近的蛇夫座,距离地球约4500光年。它的质量不足太阳的1.5倍,锂元素含量却是太阳的3000倍。更重要的是,它是目前人类已知的锂元素丰度最高的巨星绝对称得上“奇珍异宝”。这一发现刷新了人类对富锂巨星的认知,也成为人类研究富锂现象的绝佳样本。

    目前,这一研究成果于北京时间2018年8月7日在线发表于《自然•天文》(Nature Astronomy)杂志。

“贵族”富锂巨星现身宇宙

    图4. 发现锂丰度最高恒星的示意图

    绘图:中国国家天文

    富锂巨星的前世今生

    关于富锂巨星如何形成至今没有定论。不过一些有趣的猜想却值得一提。比如,一些理论认为富锂巨星可能诞生于一次灾难级事件,那就是恒星吞噬了自己的行星。这种貌似只有好莱坞大片中才应该有的情节,其实在天文学中并不罕见。

    由于锂元素易消耗的特性,这种元素在行星中反而更容易稳定存在。因此天文学家怀疑是恒星吞噬了自己的行星并“霸占”了原本属于行星的锂,这并不是没有道理。

    正如发现富锂巨星的Wallerstein和Sneden调侃道,居住在那里的外星人们突然发现他们内层的行星都被自己的“太阳”给吃掉了,一定正尖叫着对宇宙发出各种求救信号,期待着其他种族能够前来营救他们。

“贵族”富锂巨星现身宇宙

    图5. 不断膨胀的红巨星将周围的行星吞噬

    图片来源:How the Universe Works

    另外一种想法则认为这些锂元素来自恒星内部。巨星可以形成铍元素,而这种元素很容易就会衰变成锂。但困难是让形成的锂元素不被恒星内部的高温所破坏,就需要一种运输方式将铍元素快速搬运到恒星表面,让其在比较低温的区域变成锂。

    数值模拟表明借助不对称对流,产生如此高的锂是完全有可能的。这种对流就像是在恒星上安装了两种管道,一种管道粗,另一种管道细,在固定的时间里流过相同量的物质,细的管道流速一定更快。那么恒星中的物质是如何通过这种不对称对流形成大量锂元素的呢,假如科技条件成熟,你也许可以坐在一艘密封舱内亲眼去看一看。

    当你安全地进入这颗恒星的大气后,你会发现它表面的物质可能正如沸水一般翻腾。你的密封舱还没来得及稳定,就在惊涛海浪之中沉入了恒星深层。在这个过程中,你的探测器会告诉你周围的物质正在快速转化。

    在沿着粗管道经历漫长地下潜之后,你似乎可以看到下方不远处就是这颗恒星剧烈燃烧的内核,很多氦元素正在转化成铍。你正想仔细观测这个过程,密封舱已经进入了用来快速上升的细管道。它像火箭一样开始急剧加速,你几乎无法再看清任何事物,甚至两眼发黑。

    就在你还没来得及尖叫时,探测器可能已经回到了恒星表面。你发现周围的物质又开始变化了,它们正从铍迅速转变成锂。你的密封层此时如同大海中的孤舟,正漂浮在一片锂的海洋之中。

“贵族”富锂巨星现身宇宙

图6. 乘坐密封舱进入恒星

    图片来源:维基百科

    这颗奇特恒星的发现刷新了人类对天体中锂丰度的认知,将国际上的锂丰度观测极限提高了一倍,它将作为一个独特的样本在以后的科学研究中持续发挥价值。同时,关于富锂巨星的形成原因也一直众说纷纭,我们的科学家在理论上对锂元素的合成和恒星演化理论提出独树一帜的新观点,在一定程度上改变了人们对富锂巨星的传统认知。

    LAMOST光谱巡天仍然在继续。接下来,人类是否能够发现锂含量更高的“锂富豪”天体?究竟是什么机制触发了增强的对流?我们最终能否解开锂元素留下的种种谜团?…… 让我们拭目以待。

    作者简介

    闫宏亮,男,中国科学院大学天体物理博士、优秀毕业生。国家天文台助理研究员,中国科学院天文大科学研究中心LAMOST优秀骨干。主要研究方向:恒星物理,银河系化学演化。

    文字编辑:黄京一 李 双

    美编:彼得堡

[ 责编:蔡琳 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 加速破圈的3D打印 让创意快步走进现实

  • 内蒙古兴安盟:科技小院 菌香林海

独家策划

推荐阅读
美国核能初创企业Antares宣布,其在爱达荷国家实验室安装的小型模块化核反应堆“Mark-0”首次测试达到临界状态,成为特朗普政府发布加速核电发展行政命令以来,第一个突破这一门槛的新型反应堆设计。
2026-06-29 09:43
目前,油田油水井、站库的数字化覆盖率已分别超过97%和93%,物联网将油气生产的每一个末梢都纳入了智慧之网。
2026-06-29 09:41
中国共产党党员、中国工程院院士、著名金属材料专家、华中科技大学教授崔崑同志,因病医治无效,于2026年6月26日在武汉逝世,享年101岁。
2026-06-29 09:40
科学家成功把一束在纳米尺度下被高度囚禁的光,变成了一把能感知原子级形变的超级“尺子”,对材料内部埋藏的微小变形实现了无损探测。
2026-06-29 09:40
27日,国家重大科技基础设施“聚变堆主机关键系统综合研究设施”最大的超导部件——环向场磁体在安徽省合肥市完成最后制备工艺,并通过专家验收。
2026-06-29 09:37
当地时间24日,世界气象组织在日内瓦为中国工程院院士、中国气象局卫星气象专家许健民颁发第七十届国际气象组织奖,表彰他为天气预报、卫星气象事业以及气象业务服务作出的卓越贡献。
2026-06-26 09:28
来自英国伦敦国王学院与加拿大麦克马斯特大学衍生公司Block Biosciences等机构的科学家,正在研制一类靶向IMPDH2酶的候选药物。团队已设计并合成了数百种靶向IMPDH2的候选药物,正从中层层筛选最优化合物,力争尽快推向临床开发。
2026-06-26 09:26
6月25日,以“弘扬伟大抗疫精神 走好疾控新长征路”为主题的2026年“我和我的疾控故事”宣讲会在中国疾病预防控制中心举办。中国疾病预防控制中心性病艾滋病预防控制中心综合防治与政策室主任单多的故事,要从一双生了冻疮的手讲起。
2026-06-26 09:23
届链博会期间,贸促智库交流活动暨全球供应链报告与指数发布会在京举办。2018—2025年,促进指数、连接指数、创新指数、韧性指数均呈上行态势,表明全球供应链继续朝着更具韧性、更有效率、更富活力的方向发展。
2026-06-26 09:20
需要看到,保护耕地是推进乡村全面振兴、建设宜居宜业和美乡村的重要组成部分,广大农民是保护耕地的重要行动主体。
2026-06-26 09:19
卢宇彤介绍,“灵晟”依托国产高性能CPU、片上高带宽内存、高速互连网络、高吞吐存储、三维浮动正交、全液冷散热等多项核心技术创新打造。如今,面向科学、工程、产业各领域的大规模应用需求,“灵晟”提供多学科、全流程、多精度融合的科学智能应用生产级平台。
2026-06-25 09:36
日内瓦时间6月24日,中国工程院院士许健民从世界气象组织秘书长塞莱丝特·绍洛手中郑重接过第70届国际气象组织奖奖章。作为我国气象卫星事业的开拓者、见证者,许健民的身影,也是中国气象人实干创新、勇攀高峰的生动写照。
2026-06-25 09:33
在中国与泰国联合倡议下,世界贸易组织信息技术协定委员会23日举办专题研讨会,围绕信息技术协定支持人工智能就绪及包容性数字化转型展开探讨。
2026-06-25 09:32
如果它们真的是宇宙中的某种全新的事物,将改变我们对宇宙的认知,正如20世纪60年代类星体(星系中心进食的黑洞)的发现彻底革新了星系演化理论一样。”  无论直接坍缩理论是否正确,小红点都可能是超大质量黑洞的前身,后者构成了现代星系的核心。
2026-06-25 09:27
绿电直连之所以能够从概念走向实践,离不开技术进步与产业协同的共同托举。随着市场机制与技术体系不断成熟,绿电直连有望从单点示范走向规模化网络发展,成为产业绿色转型的“新动脉”。
2026-06-25 09:32
事实上,天气预报从来不是一成不变的“标准答案”,而是一门在复杂大气运动中不断逼近天气真相的科学。但我们必须正视:天气预报是一门预测科学,天气系统的复杂性,是全球气象领域共同面临的世界级难题。
2026-06-25 09:28
AI的介入,正在将控制“人造太阳”从一门依赖经验和试错的手艺,提升为一门可计算、可预测、可自主优化的科学。
2026-06-25 09:31
瑞士巴塞尔大学科学家研制出一款多功能纳米递药机器人,由推进模块和有效载荷模块构成,两种模块可重复使用,并能够自行组装。
2026-06-24 09:58
从“双链贯通”升级为“四链融合”,折射出中国推动科技创新与产业创新深度融合的有力步伐。
2026-06-24 09:48
该成果通过改善帕金森患者最难治疗的行走障碍,开启了个性化神经调控新篇章。
2026-06-24 09:47
加载更多