科技日报记者 陆成宽
宇宙诞生之初究竟发生了什么？一批堪称“宇宙活化石”的古老恒星，正帮助人类不断接近答案。记者从中国科学院国家天文台获悉，由中国科学院院士、中国科学院国家天文台研究员赵刚，研究员闫宏亮领导的国际研究团队，对百余颗极贫金属星进行了迄今规模最大的系统性分析，发现传统上被认为反映宇宙大爆炸原初锂含量的“锂平台”实际上并非平坦不变，而是呈现缓慢上升趋势。这一发现为解决困扰学界多年的“宇宙锂问题”提供了全新视角。相关成果近日发表于《天体物理学杂志》。
要理解这项发现，需从一种特殊恒星说起。天文学上将氢和氦之外的元素称为“金属元素”。金属含量极低的恒星被称为“极贫金属星”，它们中金属元素的总量可能仅有太阳金属含量的万分之一。这类恒星极其古老，诞生于宇宙“婴幼儿时期”，其大气成分如同封存了早期宇宙化学信息的“时间胶囊”，是研究宇宙起源和演化的重要探针。
其中，锂元素的丰度尤为关键。根据宇宙大爆炸理论，早期宇宙在诞生数分钟后便合成了氢、氦及少量锂，三种元素的比例可以被精确预言。近40年来，天文学家在观测一类特定温度范围的极贫金属星时发现，其锂丰度几乎恒定不变，在统计图上呈现为一条水平线，学界称之为“锂平台”，并在一段时期内将其直接视作宇宙大爆炸的原初锂丰度。
然而，矛盾在于，测量出的“锂平台”数值比理论预言低了约3倍。这就是困扰天文学界多年的“宇宙锂问题”。
此次研究中，科研团队从我国大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜（LAMOST）巡天数据中筛选出103颗极贫金属星，并借助位于夏威夷的日本昴星团望远镜进行了高分辨率光谱观测。同时，他们采用非局部热动平衡分析方法，对恒星大气进行了更贴近真实物理状态的精细建模，由此获得了前所未有的高精度锂丰度数据。
当全部数据汇集到统计图上时，一个显著趋势浮现出来：“锂平台”并非一条水平直线，而是随金属丰度增加呈现微弱但明确的上升趋势，即金属丰度越高的恒星，其锂含量也倾向于越高。
“这表明，‘锂平台’可能不是严格意义上的平台，更像一个缓坡。”论文第一作者闫宏亮说，这意味着在宇宙诞生早期相当长一段时期内，可能一直存在着某种持续产生锂元素的机制。换言之，今天观测到的锂丰度或许并非大爆炸后的“初始值”，而是在漫长岁月中，锂的生成过程与消耗过程达到动态平衡后的结果。
赵刚认为，这一发现为“宇宙锂问题”的解决提供了新思路：不应仅从修改大爆炸理论或寻找锂的消耗机制入手，还需要更加关注银河系恒星在早期演化过程中“创造”和“消耗”锂元素的能力。
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