科学者たちは、LAMOSTの中解像度スペクトルに基づいて、一度に9つの超リチウム豊富な矮星を発見した。

著者 | LAMOST運用開発センター

最近、科学者たちはLAMOSTの中解像度スペクトルに基づいて、リチウム含有量が極めて高い未進化の恒星、すなわち超リチウム過剰矮星を一度に9つ発見した。リチウムを非常に多く含む矮星の 1 つは、リチウム含有量が太陽 (4.8 dex) の 31 倍です。この発見により、このタイプの星のリチウム含有量の記録が破られ、この星は矮星界における「リチウムの王」となった。

これまで、天文学者たちは同様のリチウム超過剰矮星を4つしか発見していなかった。 LAMOST 中分解能分光法とは何ですか? また、なぜこのような高解像度の結果を達成できるのですか?この発見は、リチウムを超過剰に含む矮小星におけるリチウム元素の起源と進化のメカニズムの関係を明らかにできるでしょうか?

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星の高さはそれぞれ違うのでしょうか？

超リチウム過剰矮星がどのようなものかを理解する前に、まず矮星とは何かを理解する必要があります。矮星とは対照的に、巨星も存在します。星は人間と同じように、誕生、成長、老化、死というさまざまな段階を経ます。星の体積と温度は、そのライフサイクルにおけるさまざまな進化段階で変化します。安定した主系列段階にある若くて成熟した星は矮星と呼ばれ、この時期の星はまだ進化が始まっていません。

星の中心にある水素核が燃え尽きると、星は主系列段階から徐々に赤色巨星へと進化します。赤色巨星の活力を維持し続けているのは、ヘリウム核の外側にある水素殻の燃焼です。外殻の膨張により星は「太くなる」ため、「巨星」という名前が付けられます。その後、赤色巨星は進化を続け、後の赤色星団星や漸近分岐巨星へと進化していきます。このような進化段階にある星は「巨星」と呼ばれます。

私たちがよく知っている太陽を例にとると、太陽は現在、まだ進化していない黄色矮星です。赤色巨星に進化すると、その体積は現在の大きさの約100万倍にまで増大する。

まだ進化していない黄色矮星としての太陽の模式図。画像出典: Veer Gallery

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LAMOST 中分解能分光法の神はどこにいるのでしょうか?

4,000 本の光ファイバーが空を横切り、数千万のスペクトルが宇宙の謎を探ります。これは「スペクトルの王」として知られる郭守景望遠鏡（LAMOST）です。 LAMOSTは、中国の科学者が独自に開発し、多くの国際的に先駆的な技術を備えた、広い視野と大口径を備えた新しいタイプの光学天体望遠鏡です。これは、我が国の天文学分野における初の主要な国家科学技術インフラでもあります。 LAMOST は過去 10 年間にわたり、大規模な国際スペクトル調査プロジェクトの開発を主導し、1,000 万を超えるスペクトルデータを公開した世界初の調査ツールです。

郭守景望遠鏡 |画像出典: 科技日報

LAMOST は 2012 年 9 月から 2017 年 6 月まで、初の低解像度スペクトル調査ミッションを成功裏に完了しました。 LAMOSTは2018年10月、中解像度と低解像度を交互に行うスペクトル調査の第2フェーズを正式に開始し、2023年6月に終了する予定です。簡単に言えば、いわゆる低解像度スカイサーベイは天体の基本的な識別情報を取得するためのものであり、中解像度スカイサーベイは天体の基本的な識別情報を取得することに加えて、詳細な化学DNA情報も取得できるため、天体の起源と進化をよりよく理解できます。

近年、天文学者はLAMOSTの中解像度スペクトルデータの絶対的な利点を最大限に活用し、希少天体の探索、恒星物理学、連星の進化と特性などの最先端の科学分野で画期的な進歩を達成しました。

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リチウムは宇宙の秘密を解明する鍵となる元素である

リチウムはビッグバン、星間物質、そして星を結びつける重要な要素です。宇宙と星におけるその進化は、天文学の分野では常に重要なテーマとなっています。しかし、現代の天文学におけるリチウムについての理解は依然として非常に限られています。

これまで天文学者たちは、進化した星のうちごく少数が異常に高いリチウム含有量を持つ、つまりリチウムに富む巨星であることを発見した。過去数年間、LAMOST はリチウムを豊富に含む巨大星の研究において一連のブレークスルーを達成し、10,000 個以上のリチウムを豊富に含む巨大星を発見し、このような希少な天体と巨大星におけるリチウムの進化に関する人類の理解を深めてきました。リチウムを豊富に含む巨大星の存在は、星の進化の過程において、星の表面のリチウム含有量を大幅に変化させる可能性のある未知のメカニズムが存在することを示しています。

しかし、今回の研究結果で発見された9つの特異な超リチウム過剰矮星は、巨星だけでなく、ごく少数の進化していない矮星も異常に高いリチウム含有量を示していることを示しています。これら9つの超リチウム豊富な矮星のリチウム含有量は、太陽の少なくとも3倍です。これは、これらの星が太陽の近くよりもリチウム含有量が多い環境で形成されたか、何らかの特別なメカニズムによって星の表面のリチウム含有量が増加した可能性があることを意味します。

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まだ巨大星に進化していない超リチウム豊富な矮星

まだ巨星に進化していないこの種の超リチウム豊富な矮星は極めて珍しい。天文学者はこれまでにこれらの天体を 4 つしか発見していないため、その形成メカニズムについてはほとんどわかっていません。まだ巨星に進化していない、このようなリチウムを非常に多く含む矮星の形成メカニズムについては、常に多くの論争がありました。天文学者たちは、原子の拡散、リチウムを豊富に含む物質を取り囲む星の集積、あるいは連星系にある星が伴星と相互作用して異常に高いリチウム含有量を引き起こすことなどが、超リチウム過剰矮星の形成要因になる可能性があると考えている。

今回、研究者らはLAMOSTの多天体中解像度スペクトル調査の利点を最大限に活用し、一度に9つの新たな超リチウム過剰矮星を発見した。研究チームは研究過程で、さまざまな要因がリチウム含有量に与える影響を総合的に考慮し、LAMOSTスペクトルと米国のTESS宇宙望遠鏡の時系列測光データを組み合わせました。その結果、リチウムを非常に多く含む矮小惑星のうち7つは、いずれも秒速9キロメートルを超える高速自転速度を示し、これは地球の自転速度の約20倍に当たることが分かった。そのうち 3 つは明るさが周期的に変化しており、1 つは連星系にあります。
新たに発見された 9 つの超リチウム過剰矮星のリチウム含有量の模式図 |画像出典: Yan Taisheng

これらの観測的証拠は、ほとんどの超リチウム過剰矮小星にとって、周囲のリチウム過剰物質の集積がリチウム含有量の異常な増加の主なメカニズムである可能性があることを示しているが、そのうちのいくつかが連星相互作用の結果である可能性も排除できない。

論文リンク:

https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ac63a5

制作：中国科学普及協会

プロデューサー: 中国科学博覧会

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