近日，云南天文台研究人员在富锂以及超级富锂红团簇恒星的形成机制上取得进展。该项工作为解释富锂巨星的锂增丰机制提供了新的物理视角。

巨星的锂增丰行为早在1982年就被观察到，但其物理归因至今仍是天文学领域备受关注的。这一特殊现象挑战了恒星结构和演化理论。标准模型预测的巨星锂丰度上限约为1.5 dex，而目前却已经观测到大量高于该阈值的红巨星，其中最高锂丰度约为6.0 dex。近年来由LAMOST、GALAH以及Gaia-ESO的光谱观测证据表明具有反常锂增丰特征的红巨星占比约为1%，但这些锂增丰恒星与正常恒星在质量、金属丰度、有效温度等基本参数并没有表现出较为明显的差异。这暗示巨星内部存在普遍的锂增丰机制。

观测证据表明绝大多数富锂巨星（锂丰度大于1.5 dex）都是经历过氦闪正处在中心氦燃烧阶段的红团簇恒星。相比正处于壳层氢燃烧阶段的红巨星支恒星，氦闪这一特殊阶段通常被视为红团簇锂增丰的关键。

为解释富锂红团簇恒星的形成机制，研究人员考虑转动恒星内部普遍存在的子午环流。恒星内部的混合过程对元素运输的能力是通过求解扩散系数来表征的。鉴于传统上通过微观元素扩散方程推导的扩散系数的局限，他们依据恒星径向上因大尺度子午环流引发的物质量的变化，进一步推导了相关的扩散系数和规范了子午环流径向混合的作用区域。

通过模拟恒星的演化，研究人员发现子午环流模型的最大锂增丰增量约为3 dex，这能促使富锂以及超级富锂红团簇恒星的形成。锂增丰阶段主要发生在氦闪后期或中心氦燃烧早期，锂增丰时标约为10⁶年，这与当前的星震学观测结论一致。此外，他们的模拟结果验证了高转速的恒星持有更高锂丰度的观测行为。

该工作由恒星物理研究团组李雪峰与合作者共同完成，并于近日发表在The Astrophysical Journal Letters（天体物理杂志快报）。该工作受到中国科学院先导B、基金委基础科学中心、国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目的资助。

论文链接