在一颗爆炸的恒星中第一次检测到了锂元素,化学元素锂夹杂在一颗超新星喷发的混合物中,天文学家使用了位于智利圣地亚哥附近的欧洲南方台拉西拉天文台的望远镜,对新星—半人马座2013进行了观测。锂元素的发现有助于科学家解释一个天体物理化学的神秘问题:为什么很多年轻的恒星似乎含有比预期数量更多的锂元素、或古老的恒星缺少锂元素?这是长期以来天体物理学的一个谜题。新的观测成果填补了一块空白:某些化学元素的演变在我们的星系中为何长期缺失,天文学家在理解银河系中有关恒星化学元素数量的不同方面前进了一大步。
轻元素锂是在宇宙大爆炸初期产生的少数元素之一,从大爆炸宇宙学理论预测,大约138亿年前,从“开天辟地”的宇宙起源大事件中诞生了锂元素,但理论的预测结果需得到“事过境迁”之后的观测证实,如何在满天恒星的今日宇宙观测和计算锂元素的含量?很多天文学家一直感到一筹莫展。古老恒星通常含有比预期数量少的锂元素,而年轻恒星通常含有比预期数量多的锂元素,年轻恒星的锂含量几乎是古老恒星的10倍。天文学家将年轻和古老的恒星分别定义为群体1和群体2恒星,年轻的群体1恒星包括了太阳,这类恒星含有更丰富的重元素,银河系圆盘得以形成。古老的群体2恒星含有更少量的重元素,在球状星团、银河系的核球和银晕发现了群体2恒星,“年轻”与“古老”是相对性概念,有些群体1中“年轻”恒星的年龄只有几十亿年,我们的太阳是如此。
天文学家自上个世纪70年代以来推测,在年轻恒星发现的额外锂物质可能来源于新星,从爆炸新星喷射的巨量物质弥散在太空,在星系中扩散的物质为下一代恒星的形成准备了“建筑材料”。从死亡恒星喷发的物质转变为下一代恒星的物料,恒星以传承的方式得以“长生不老”。由罗马大学天文学家卢卡·伊索带领的团队研究了半人马座新星2013(V1369 半人马座),他们在南半球观测了这颗爆炸的恒星,它闪亮无比,接近明亮的半人马座β星,人们用肉眼可以容易地看见它。天文团队使用了相对小的望远镜,合适的光谱仪是他们装备的先进观测工具。在大型望远镜盛行的时代,小型望远镜对特别的研究项目仍能发挥“物尽其用”的功效。
非常细节的观测数据显示,信号清晰的锂元素存在于超新星暴的扩散物中,它们被抛射到太空,从新星飞离的速度为每小时200万公里。天文学家第一次从一颗新星的爆发物中发现了锂元素,计算了锂物质喷发的准确速度。从新星喷发的锂物质朝地球观测的方向高速移动,锂元素吸收光谱的波长明显朝光谱线蓝端移动,出现了“蓝移现象”。发现的科学价值毋庸置疑,不能破解锂元素的难题,对大爆炸理论模型的认同将会大打折扣,从新星暴中发现了锂元素,这是证实大爆炸理论的重要步骤,,困惑已久的“迷失锂元素”难题现在获得了进展,这有助于人们理解银河系中的化学元素如何演变的问题。
从半人马座2013新星喷发的锂物质数量非常稀少,估计少于太阳质量的十亿分之一,少而珍贵。一颗小行星不久前飞过我们的地球,这是一个钻石小行星,多、不稀奇。在银河系的演变中估计产生了数十亿颗新星,累计的锂元素数量不会太少,在银河系存在难以估计量的锂物质,由于分布在银河系的“全时空”,这使得它们显得弥足珍贵。
其他的天文学家没有卢卡·伊索天文团队的成员那么幸运,他们在多于四分之一世纪的时间艰难地寻找新星中的锂元素,却劳而无功,科学发现有时与运气有关,这在科学史上并不鲜见,比如:居里夫人几乎发现了一种粒子,她却没有“刨根问底”,英国科学家查德威克沿居里夫人的发现线索继续探究,最终发现了中子,查德威克成了发现中子的第一人,原子物理学朝为此前进了一大步。很多天体物理学家相信,锂元素从新星和超新星的爆发中产生,但卢卡·伊索天文团队首次观测到了锂元素。
(编译:2015-8-5)