湖北
锂是宇宙大爆炸中最早形成的三种元素之一，也是我们每天在手机电池中接触的元素，它同时在恒星演化研究中扮演着关键角色。然而，天文学家长期面临一个谜题：实际观测到的恒星锂含量，往往低于理论预测值——那些“失踪”的锂究竟去了哪里？
近日，杭州电子科技大学理学院田海俊教授团队的一项研究成果，为这一谜题提供了重要线索。该研究以我校2023级硕士研究生张鋆燚为第一作者，田海俊教授、中国科学院国家天文台施建荣研究员以及我校研究生谢成成为通讯作者，在天体物理领域顶级期刊《The Astrophysical Journal Letters》（影响因子11.7）上发表题为《Emergence of a Lithium Dip in ∼35 Myr “Snake” Open Clusters》的论文，杭州电子科技大学为第一署名单位。
论文链接：https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ae471e
在恒星内部，锂元素并不稳定。当恒星表面的物质通过对流被输送到高温内部时，锂原子核容易与质子发生反应，转化为氦元素，这一过程被称为“锂消耗”。天文学家在观测中发现，在特定温度范围（约6200-6800K）的恒星中，锂含量会出现明显降低，形成一个所谓的锂“凹坑”（Lidip）特征。此前基于多个疏散星团的观测表明，锂“凹坑”特征通常出现在年龄大于1.5亿年的星团中——例如年龄约1.25亿年的昴星团尚未出现锂“凹坑”特征，而年龄约6.5亿年的毕星团则存在显著的锂“凹坑”特征。这一观测结果被广泛接受，并成为恒星演化模型的重要约束。
研究团队利用澳大利亚GALAH巡天项目的DR4高分辨率光谱数据，对一组特殊的恒星系统——恒星“蛇”进行了精细分析。恒星“蛇”是田海俊等人于2020年在太阳邻域发现的一个包括十几个疏散星团、尺度超1500光年的巨型恒星系统，距离地球约1300光年，年龄仅为3500±500万年，相当于恒星世界中的“婴儿期”。数据分析结果显示：在年龄约3500万年的“蛇”星团中，锂“凹坑”特征已经清晰可见（如上图所示），中心区域锂含量降低约0.40 dex（即降低约40%），下降形态与年老星团中的特征相似。这一发现意味着，锂元素的大规模消耗事件可以发生在比此前认知年轻得多的星团中，将锂“凹坑”特征出现的最早年龄下限从约1.5亿年推前至3500万年。研究还发现，在5500-6200K温度范围的恒星中，锂含量呈现相对稳定的锂“高原”（Li Plateau）特征，且其低温边界可从通常认为的6000K延伸至5500K，为理解年轻星族中的锂消耗机制提供了新线索。
为什么有些恒星消耗锂更快？研究团队进一步分析发现了一个重要规律：自转较快的恒星（投影自转速度 > 25 km/s）锂元素亏损更显著，而自转较慢的恒星（投影自转速度 < 25 km/s）锂元素亏损相对较弱。在锂下降区温度范围内，快速自转恒星的平均锂含量（3.02 dex）低于慢速自转恒星（3.08 dex）。这一观测结果与理论模型预测相符：快速自转在恒星内部产生更强的旋转剪切力，增强了对流层与辐射层边界的湍流混合，将表层的锂更快地输送到高温内部“销毁”。这表明，恒星自转速度是调控锂元素消耗速率的重要物理参数。
该研究的核心贡献在于：首次在年龄约3500万年的年轻星团中探测到清晰的锂下降区，将这类现象出现的最早年龄下限大幅推前。这一发现为理解恒星内部物理过程与元素丰度之间的耦合关系提供了新的观测约束，特别是揭示了自转速度如何影响锂元素的消耗速率。研究结果对检验和发展恒星演化理论，特别是涉及元素扩散和旋转混合的模型具有重要意义。
《The Astrophysical Journal Letters》是美国天文学会旗舰期刊之一，专注于快速发表具有高影响力的天体物理研究成果，目前影响因子为11.7。该期刊曾刊发过多项诺贝尔奖级别的里程碑式成果，例如发现宇宙微波背景辐射、首次观测到双中子星合并产生的引力波等。此次我校研究生以第一作者在该刊发表论文，展现了杭州电子科技大学在天体物理学科领域的研究实力和人才培养成效。该研究得到国家自然科学基金，浙江省自然科学基金重点基金等项目的资助。
转载 | 杭州电子科技大学
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