近期，中國科學(xué)院國家天文臺張萌博士與北京大學(xué)張華偉研究員、云南大學(xué)劉曉為教授等人利用LAMOST對主序星和亞巨星的鋇元素豐度開展了系統(tǒng)研究，發(fā)現(xiàn)了一批鋇元素豐度顯著增豐的富鋇恒星，它們的鋇元素相對含量為太陽的10-1000倍，并通過化學(xué)運(yùn)動學(xué)分析，研究團(tuán)隊(duì)揭示了這類恒星起源于至少兩種不同的形成機(jī)制。該工作對清晰完整地認(rèn)識此類恒星的形成機(jī)制，并深入了解銀河系星族的性質(zhì)具有重要的科學(xué)意義。研究成果已發(fā)表在知名學(xué)術(shù)期刊《天體物理學(xué)報(bào)》（2023,ApJ,946,110）。
鋇元素（Ba）是恒星演化過程中以慢中子俘獲過程為主形成的重元素（原子序數(shù)為56）。鋇元素的形成主要發(fā)生在小質(zhì)量恒星演化晚期的漸進(jìn)巨星分支（AGB）階段，主要通過AGB階段恒星內(nèi)部的核反應(yīng)過程產(chǎn)生。這些恒星內(nèi)部產(chǎn)生的鋇元素可以通過恒星演化的第三次挖掘過程搬運(yùn)到恒星表面，并拋射增豐到星際介質(zhì)中，增豐下一代恒星。?
在觀測上，大部分恒星的鋇元素含量與太陽相當(dāng)。但是，前人的研究也發(fā)現(xiàn)了一些鋇元素增豐的恒星，主要為巨星。這些巨星之所以鋇元素含量高，可能是因?yàn)樗鼈兘?jīng)歷了AGB階段的內(nèi)部挖掘過程；也可能是雙星演化中從經(jīng)歷了AGB階段的伴星上吸積了富鋇物質(zhì)的紅巨星。然而，對于矮星和亞巨星，鋇元素豐度的研究還很少。利用LAMOST巡天光譜數(shù)據(jù)，研究人員測定出了數(shù)百萬恒星（包括矮星、亞巨星、巨星等）的鋇元素豐度，相對于國際上的其他光譜巡天，這是一個非常獨(dú)特的元素豐度樣本。?
(資料圖片)
之前，研究團(tuán)隊(duì)在LAMOST數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)了一批高溫富鋇矮星，這些矮星的主要是中等質(zhì)量的恒星（大于1.4倍太陽質(zhì)量），且溫度大于6700 K。它們輻射壓較大，與引力的抗衡最終導(dǎo)致恒星內(nèi)部元素遷移，從而產(chǎn)生了鋇元素含量增加的現(xiàn)象。該研究成果中的富鋇恒星則主要是溫度為5000-6700K、質(zhì)量范圍約為0.9-1.4倍太陽質(zhì)量的FGK型矮星和亞巨星。這類小質(zhì)量恒星，不同于巨星，自身不能合成鋇元素；也不同于高溫的矮星，這類恒星的對流包層厚，輻射壓小，恒星內(nèi)部遷移搬運(yùn)效應(yīng)有限，能否產(chǎn)生鋇元素增豐現(xiàn)象尚未可知。?
這類低溫、小質(zhì)量的鋇元素增豐矮星是否普遍存在？它們的起源是什么？該研究團(tuán)隊(duì)基于LAMOST大樣本光譜數(shù)據(jù)首次給出了答案。?
研究人員利用LAMOST低分辨率巡天的恒星元素豐度星表，在101萬顆高質(zhì)量（信噪比大于50）恒星數(shù)據(jù)庫中發(fā)現(xiàn)了8400多顆鋇元素增豐的小質(zhì)量矮星和亞巨星，占整個星族的比例接近1%，它們的鋇元素含量為太陽的10-1000倍。在此基礎(chǔ)上，研究人員進(jìn)一步細(xì)致分析了這些恒星的C、N、Mg、Al、Si等元素的豐度分布模式；并將LAMOST數(shù)據(jù)與Gaia數(shù)據(jù)結(jié)合，獲取和分析了這些恒星在六維相空間的運(yùn)動學(xué)性質(zhì)。?
研究發(fā)現(xiàn)，這些富鋇恒星的形成機(jī)制主要有兩種：一是恒星內(nèi)部元素的搬運(yùn)過程導(dǎo)致了鋇元素含量增加；二是雙星演化過程中的物質(zhì)交換引起了鋇元素含量增加。其中大約1/3的恒星可能經(jīng)歷了雙星演化過程中的物質(zhì)交換，它們不僅鋇元素豐度高，C和N元素也顯著增豐，這符合恒星演化過程中AGB階段內(nèi)部核合成產(chǎn)生的元素豐度模式，并與過去人們對鋇增豐巨星的形成機(jī)制的認(rèn)識是一致的。另有2/3的恒星沒有顯示出明顯的C和N元素增豐，而是呈現(xiàn)出Mg，Ti，Ni等元素豐度的異常。其中，Mg元素豐度比普通恒星更低，這與高溫、中等質(zhì)量鋇元素增豐的恒星情況相似。因此，研究人員推測這些低溫、小質(zhì)量恒星的鋇元素增豐現(xiàn)象也有可能是由于內(nèi)部元素搬運(yùn)效應(yīng)導(dǎo)致的。然而，研究發(fā)現(xiàn)對于其它元素，這些小質(zhì)量恒星具體的增豐模式與高溫、中等質(zhì)量恒星有顯著不同，其中的原因仍待深入研究。?
圖1、LAMOST DR5樣本中的矮星和亞巨星在[Fe/H]-[Ba/Fe]化學(xué)豐度上的分布，可以看到大多數(shù)恒星的[Ba/Fe]在0.0左右（太陽豐度比），但是在同樣[Fe/H]下，Ba與Fe的豐度比也有很大的跨度（4-5個數(shù)量級），有部分恒星的[Ba/Fe]豐度顯著偏高（[Ba/Fe]>1.0）。?
與此同時，該研究還發(fā)現(xiàn)鋇元素增豐的矮星和亞巨星相對于富金屬的α元素含量高的厚盤星所占比例明顯偏低?；贏GB階段恒星增豐模型，研究人員認(rèn)為這一效應(yīng)可能與小質(zhì)量（約1.3倍太陽質(zhì)量）的AGB階段恒星表面的鋇元素豐度值隨金屬豐度的增加明顯降低有關(guān)。?
該研究成果充分發(fā)揮LAMOST光譜數(shù)據(jù)的大樣本優(yōu)勢，對富含鋇元素的矮星和亞巨星這類化學(xué)豐度特殊的恒星進(jìn)行了系統(tǒng)性地搜尋和研究分析，初步揭示了它們的運(yùn)動學(xué)和化學(xué)分布性質(zhì)及起源機(jī)制，為深入理解恒星的演化過程奠定了基礎(chǔ)。?
文章鏈接：https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/acbcc4。?
圖?2??LAMOST矮星和亞巨星的C、N元素豐度隨金屬豐度的分布，等值線表示的是Ba元素豐度正常的恒星，帶顏色的點(diǎn)表示富Ba恒星，顏色表示溫度。?
（原標(biāo)題：研究人員基于LAMOST數(shù)據(jù)揭示富鋇恒星的起源）
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