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

  • 彭丽媛会见德国伯乐中文合唱团师生代表

  • 明前茶飘香

独家策划

推荐阅读
见证大国底气从“核”来
2024-03-29 14:15
人工智能可以取代人力勾绘农作物地块,快速完成耕地识别,工作效率相比人工作业提升数十倍。在他看来,我国在星上智能处理和地面遥感AI大模型技术上同步发力,推进人工智能遥感技术发展,太空中的卫星将变得越来越“聪明”。
2024-03-29 09:36
3月27日发表于《自然》的一项分析预测,融化的冰盖正在减缓地球的自转速度,以至于下一个闰秒将被推迟3年。论文作者之一、美国斯克里普斯海洋研究所地球物理学家Duncan Agnew说:“融冰足以使海平面上升,以至于我们可以看到地球自转速度受到了影响。
2024-03-29 09:33
3月28日,小米汽车的价格“谜底”揭开,小米SU7提供九种颜色可供选择,售价21.59万起
2024-03-29 17:17
胡新立表示,研究团队将进一步探讨生理性乳酸水平变化对机体代谢的意义,以及恶病质中骨骼肌萎缩与乳酸的直接关系。
2024-03-29 09:31
近日,日本小林制药保健品事件持续发酵。小林制药此前表示,该公司的红曲原料中可能含有导致消费者出现肾功能不良状态的非预期成分。小林制药出产的红曲原料除用于自家生产保健品外,还出售给其他公司,用于酿酒及食品制造等。
2024-03-29 09:22
朱雀三号可重复使用垂直起降回收验证火箭在酒泉卫星发射中心圆满完成试验任务。2023年12月,蓝箭航天朱雀二号遥三液氧甲烷运载火箭在酒泉发射中心圆满完成发射任务,将三颗商业卫星顺利送入预定轨道。
2024-03-29 09:30
记者28日从南京大学获悉,由该校物理学院杜灵杰教授领衔的国际团队利用极端条件下的偏振光散射技术,在砷化镓量子阱中对分数量子霍尔效应的集体激发进行了测量,在世界上首次观察到引力子激发,即引力子在凝聚态物质中的新奇准粒子。
2024-03-29 08:38
世界卫生组织27日发布新闻公报说,已启用“冠状病毒网络”(CoViNet),以促进和协调全球的专业知识和能力,及早准确地检测、监测和评估新冠病毒、中东呼吸综合征冠状病毒和其他可能新出现的冠状病毒。
2024-03-29 08:38
万兆元年,谁来领航?是更智慧AI,是更领先的Advance,是刷新极限的速度,还是升级多维的体验?中国移动5G-A商用发布会,重新定义数智新时代,邀您共同见证!3月28日15:00-16:00
2024-03-28 12:36
作为中国大科学装置之一,高能同步辐射光源是由中国科学院、北京市共建的怀柔科学城大科学装置集群的核心装置。
2024-03-28 09:54
2022年8月15日,国际天文学联合会小天体命名工作组发布公告,将国际永久编号为192353号的小行星命名为“王大中星”。围绕大学的根本任务是育才造士这一核心要义,王大中归纳并紧抓建设一流大学的三大要素:大师、大楼和大学精神。
2024-03-28 09:34
坎潘特强调,最新观测表明,精确的星震学技术可用于探测表面温度低至4200℃(比太阳表面低约1000℃)的矮星,为天体物理观测开辟了一个新领域。这一最新结果表明,星震学技术有望详细表征这些恒星及其宜居行星的细节,而精确确定附近冷矮星的年龄对于阐释系外行星上发现的生物特征可能至关重要。
2024-03-28 09:33
记者从自然资源部3月27日召开的例行新闻发布会上获悉:今年是极地考察40周年,自然资源部将开展一系列活动纪念这一重要时间节点。7月北极黄河站建站20周年时,在黄河站举办招待会、研讨会等相关活动,中国第四十一次南极考察期间将在长城站、中山站举行招待会、研讨会等相关活动,“雪龙”号、“雪龙2”号船停靠外港时举行公众开放日活动。
2024-03-28 09:32
联合国教科文组织执行局27日批准18处地质公园列入世界地质公园网络名录,其中包括中国的6个地质公园,分别是长白山世界地质公园、恩施大峡谷-腾龙洞世界地质公园、临夏世界地质公园、龙岩世界地质公园、武功山世界地质公园、兴义世界地质公园。
2024-03-28 09:31
据介绍,除了服务于中国探月工程四期,后续鹊桥二号中继星还可为国内外月球探测提供中继通信支持。
2024-03-28 09:25
涂白防虫、修剪树枝、引水灌溉……每当春天到来,在祖国西北边陲新疆托里县老风口,生态造林工作就紧锣密鼓地开始了。
2024-03-27 10:22
今年我国纪念“世界水日”“中国水周”的活动主题为“精打细算用好水资源,从严从细管好水资源”。
2024-03-27 10:21
在齐齐哈尔市甘南县宝山乡巨宏村,村民苑忠国正在准备春耕,多年来通过参与县里的培训,春耕物资的采购对他来说已是轻车熟路。
2024-03-27 10:20
在开展调查监测,评估新污染物环境风险状况方面,《行动方案》提出建立化学物质环境信息调查制度、建立新污染物环境调查监测制度、建立化学物质环境风险评估制度、动态发布重点管控新污染物清单等具体措施。
2024-03-27 10:18
加载更多