红团簇星和红巨星内部结构示意图。(青木和光/绘制，中科院国家天文台 供图)
富锂巨星“巨锂”来源不明
富锂巨星就是这种矛盾的一个典型例子。“巨星”是恒星在演化到生命晚期阶段时的名字，因为它们经历了一个“发福”的过程，和处于青壮年的恒星相比身形巨大得多。顾名思义，“富锂巨星”的锂元素含量远超同类的“巨星”天体，它们在晚期的小质量恒星中只占1%，但其大气中所蕴含的锂元素却比其余的99%高出成百上千倍。
例如，之前报道过由LAMOST所发现的富锂巨星王者——TYC429-2097-1，其锂含量超过太阳3000倍之多，是目前人类已知的锂丰度最高的恒星。如果把地球上所有的汽车(约14亿辆)全部换成电动汽车，并且用这颗恒星上的锂做成电池给它们供电，那么可以同时让这14亿辆电动汽车开到任何一个你在夜空中能看到的恒星处，“来一趟说走就走的星际穿越”。
正是由于富锂巨星中巨额锂元素来源不明，这其中很可能涉及对恒星演化理论和标准恒星模型的挑战，因此，天文学家一直试图解开这些“少数派”神秘面纱，弄清大量的锂元素究竟从何而来，特别是考虑到锂元素的起源与演化还与宇宙中各类尺度的天体息息相关。
国际团队研究使用巡天数据的中国郭守敬望远镜(大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜，英文缩写LAMOST)在星空下的资料图片。(陈颖为/摄，中科院国家天文台 供图)
“心电图”揭开富锂巨星真实身份
中科院国家天文台介绍，为解开锂元素在这些晚年的小质量恒星中的起源之谜，就必须要知道大量的锂究竟是在何时出现。恒星逐渐变老的过程在天文上叫做演化，如果能够知道富锂巨星所处的演化阶段，就等于知道了锂元素的形成时间，进而反推它们的起源。
科学界对富锂巨星的演化阶段一直存在多种说法，传统上一般认为小质量富锂巨星多数为“红巨星”。造成这种认知的主要原因有两点，一是从恒星的外表来看，它们的温度和亮度的确符合“红巨星”的特征；二是在朝着红巨星演化的过程中，恒星内部可能产生十倍于普通对流速度的特殊对流，这种环境反而有利于锂元素的形成，符合产生富锂巨星的预期。
但是，这里面一直存在着一个致命的隐患——随着恒星的继续演化，红巨星中心的氦会积攒得越来越多，压力和温度也越来越高。终于在某个瞬间，氦核被点燃了，一个稳定燃烧的新心脏出现，恒星进入了一个崭新的阶段——“红团簇星”。和刚刚进入“红巨星”的恒星相比，这两个年龄相差可达百万年的恒星从表面上看长得几乎完全相同。
日本昴星团望远镜。(中科院国家天文台/国际科研团队 供图)
因此，一直被认为多数是“红巨星”的富锂巨星，其真实身份值得怀疑，它们可能只是看起来年轻而已。
问题是如何鉴别？尽管长相相似，但这两类恒星的“心脏”却完全不同。最新发表的这项研究，就是通过监听一大群由LAMOST光谱中所发现的富锂巨星的心跳来实现的。在研究中，天文学家使用了一种被称为“星震学”的技术，测量了富锂巨星心脏的跳动规律，如同给每颗恒星做了“心电图”。不检查不要紧，一检查却发现原来超过80%的富锂巨星根本不是学界之前所认为的“红巨星”，它们的真实身份是更加晚年的“红团簇星”。天文学家就这样被富锂巨星“蒙骗”了数十年。
进一步研究还发现，不同类型的富锂巨星在锂含量、恒星质量等多个方面均与传统认知存在显著不同。这些发现很难用目前的理论进行解释。因为数十年来，绝大多数相关的理论都是基于“红巨星”这一前提所提出的，甚至直到今年很多相关的理论研究也还在讨论红巨星内的种种机制。但是，由于内部的物理环境全然不同，原有的理论显然并不适用于“红团簇星”。
美国开普勒太空望远镜测量星震-心跳示意图。(中科院国家天文台/国际科研团队 供图)
恒星“心电图”是怎样测量的？
在鉴别“红巨星”和“红团簇星”的过程中，恒星的“心跳”起到决定性作用。恒星的“心跳”其实来自于恒星的震动——星震。那么，恒星到底是怎么“心跳”的呢？星震学又是如何通过恒星的“心跳”了解真相呢？
以太阳为例，它每时每刻都在成千上万个频率上“低声细语”。虽然科学家并不能够真的“听到”太阳的声音，但是这些噪音使得太阳的亮度发生微小的变化。所以只要记录其亮度的变化，就可以知道太阳是如何振动的了。就像人们的心跳一样，恒星的振动代表着它身体内部的信息，这些内部信息用其他常规方法无法获取，而星震的方法就如同医生的听诊器一样倾听着恒星的“心跳”。
