近日,中國科學(xué)院國家天文臺(tái)LAMOST運(yùn)行和發(fā)展中心研究團(tuán)隊(duì)在《天體物理學(xué)報(bào)》(The Astrophysical Journal)上發(fā)表了一項(xiàng)重要研究成果。該團(tuán)隊(duì)利用郭守敬望遠(yuǎn)鏡(LAMOST)和西班牙加那利大型望遠(yuǎn)鏡(GTC)的高分辨率光譜數(shù)據(jù),在銀河系盤中首次發(fā)現(xiàn)了兩顆高度r-過程元素增豐的恒星(編號(hào)為LAMOST J0755+2627和LAMOST J0314+1927)。這一發(fā)現(xiàn)為研究宇宙重元素起源及銀河系演化提供了新的線索。該成果第一作者是國家天文臺(tái)博士生解小瑾,通訊作者為施建榮研究員和閆宏亮研究員。
r-過程(快中子俘獲過程)是宇宙中產(chǎn)生重元素(如金、鉑、鈾等)的主要機(jī)制之一,但其具體的天體物理場所一直是未解之謎。過去研究發(fā)現(xiàn)的r-過程元素增豐恒星大多存在于銀河系暈或矮星系中,且大多數(shù)是貧金屬星([Fe/H] < -1.0)。r-過程的發(fā)生需要極端的中子富集環(huán)境,目前唯一被證實(shí)的天體物理場所是中子星并合事件(如GW 170817),而雙中子星并合的時(shí)標(biāo)較長,對(duì)極貧金屬恒星中的r-過程元素的貢獻(xiàn)可能較小。LAMOST中分辨率光譜巡天的紅端光譜覆蓋了一條銪的譜線,這個(gè)獨(dú)特優(yōu)勢為天文學(xué)家搜尋金屬豐度相對(duì)高的富r-過程提供了契機(jī),可以在國際上率先搜尋這一類目標(biāo)天體。
研究團(tuán)隊(duì)基于LAMOST中分辨率光譜篩選出候選目標(biāo),并利用目前正在運(yùn)行的國際上最大光學(xué)望遠(yuǎn)鏡GTC的高分辨率光譜儀HORuS進(jìn)行了后續(xù)觀測。通過精確測量大氣參數(shù)和元素豐度,進(jìn)一步確認(rèn)了這兩顆恒星具有典型的r-過程元素增豐特征,其重元素豐度模式與太陽中的r-過程元素分布模式和已知的r-過程增豐星HD 222925一致。
此次發(fā)現(xiàn)的這兩顆恒星不僅位于銀河系盤內(nèi),還表現(xiàn)出較高的金屬豐度([Fe/H]分別為-0.34和-0.80),其中J0755+2627更是目前已知金屬豐度最高的r-過程元素高度增豐恒星(r-II星,[Eu/Fe] > +0.7)。這一發(fā)現(xiàn)挑戰(zhàn)了r-過程元素增豐恒星(RPE星)大多數(shù)是貧金屬且位于銀暈中的傳統(tǒng)認(rèn)知,為r-過程的研究提供了新視角。


圖1 恒星的Mg、Si、Ba和Eu豐度與銀河系本地恒星對(duì)比
研究還顯示,這兩顆恒星的動(dòng)力學(xué)特性與銀河系薄盤恒星一致,軌道偏心率和最大垂直高度均符合薄盤特征,且未表現(xiàn)出任何吸積遺跡的跡象。這意味著它們可能是銀河系本地形成的恒星,而非來自外部矮星系的“移民”。通過軌道積分和年齡估算,團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)這兩顆恒星形成于約6-8Gyr前,正值銀河系薄盤形成的早期階段。此次發(fā)現(xiàn)的盤區(qū)RPE星表明,r-過程可能在銀河系盤形成早期就已活躍。這一發(fā)現(xiàn)支持了“r-過程元素可在銀河系盤中自然產(chǎn)生”的理論,為銀河系化學(xué)演化模型提供了重要約束。

圖2? 恒星的軌道特征
此項(xiàng)研究得到了國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)等項(xiàng)目的支持。相關(guān)成果已于2025年5月8日發(fā)表于《天體物理學(xué)雜志》。
論文鏈接:https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/adc807