搜尋宇宙鋰富豪

閆宏亮　李雙

在我們的日常生活中，鋰被廣泛應用于電池、玻璃、陶瓷等行業，隨著電子產品的不斷發展，鋰電池的使用也越來越多地融入了我們的生活，成為21世紀新能源的代表之一。而在天文學家眼中，鋰元素卻是個不折不扣的熊孩子。很多看起來完美無瑕的天文理論，只要鋰元素一摻和進來，就會變得非常棘手。

認識富鋰巨星

以恒星為例，有一種叫作巨星（giant star，即巨人恒星）的天體，比普通恒星在體型上要大得多。巨星并不是宇宙王國中的新物種，它們只是普通恒星的暮年階段而已。就像人類到了晚年身體可能會發福一樣，巨星也只是普通恒星進入暮年后變“胖”了。

按照經典恒星演化理論，巨星中的鋰含量應該很低。為什么呢？因為恒星在膨脹過程中會把表面的物質帶到恒星內部，再把內部的物質挖掘到恒星表面。熊孩子鋰有個致命的缺點——怕熱。一旦進入恒星內部的高溫區域，它會立刻分解成2個氦。巨星的鋰元素就這樣持續被消耗，卻一直得不到補充，巨星擁有的鋰就會越來越少。

打個比方，恒星同志為了發光發熱，不斷進行核聚變，現在想要退休養老，就要把自己年輕時攢的鋰財富取出來，花掉一大筆。天文學家在對銀河系的“星口”進行普查時，發現99%的暮年恒星，鋰財富都急劇縮水，的確與科學家預測的銀河系暮年恒星鋰財富經濟模型相符。本以為找到了暮年恒星的現狀規律，結果忘了鋰元素調皮搗蛋的特性，在普查到最后1% 的暮年恒星時，突然發現它們的鋰財富非但沒少，有的甚至比退休前還多了很多。這些坐擁大量鋰財富的暮年恒星，被天文學家形象地稱為“富鋰巨星”。

富鋰巨星的發現可以說完全是一次巧合。1980年，天文學家華勒斯坦和斯內登在尋找鋇豐度高的恒星時，偶然發現一顆巨星中出現了很深的鋰吸收線。經過他們反復驗證，證明這顆恒星中鋰元素的豐度竟然超過太陽100倍。

富鋰巨星的發現在當時引起了巨大反響，以至于幾乎每個觀測天文學家都對這些富得流油的恒星躍躍欲試，想尋找更多這類天體。結果是“不找不知道，找了知不妙”——富鋰巨星的數量十分稀少，在望遠鏡技術尚不如今天先進的時代，運氣好的天文學家，往往需要連續觀測數百顆恒星后，才能找到一兩顆富鋰巨星。望遠鏡的時間成本與產出嚴重不成比例。

富鋰巨星的搜尋

隨著近年望遠鏡和巡天規模的發展，富鋰巨星的搜尋終于變得不再那么遙不可及。

巡天就是天文學家用望遠鏡將天空上的天體無差別地觀測一遍。當然，由于望遠鏡本身各不相同，因此每個巡天項目的側重點和能力也不盡相同。如果單從數量上將主要巡天項目對富鋰巨星的搜尋進行總結，可以得到各大巡天項目（LAMOST、GALAH、GAIA、PTPS、SDSS、RAVE）發現的富鋰巨星數目的對比。從結果中可以看到，LAMOST一騎絕塵，將其他姊妹項目甩在了身后。

這是為什么呢？這就要說到LAMOST的強項之一——超高的光譜獲取效率。

LAMOST焦面上共有4000根光纖，你可以簡單地認為，它的一次曝光可以同時獲取4000條光譜。這是什么概念呢？要知道，即使在地球上最晴朗的夜空下，視力良好的人滿打滿算在天空中也就只能看到約3000顆恒星。單純從數量上看，LAMOST一次曝光就能把裸眼能見到的所有恒星都拍攝下來（盡管它不能一次看到天空中的所有位置），還富余1000根光纖。這架光譜收集器從2011年起，開足馬力，僅用了2年時間就超過了人類有史以來獲取的所有光譜的總和。

截至目前，LAMOST已經獲得了約1500萬條光譜，這就意味著如果一名狂熱的天文愛好者每天都研究一條光譜，他至少需要花費41000年才能把所有光譜研究完。

在天文學家的不懈努力和LAMOST超高的觀測效率下，如今我們已經找到了10000多顆富鋰巨星。它們就是那1%、隱藏在普通暮年恒星中的“土豪”。如果以鋰元素為貨幣進行估算，銀河系中最富有的那1%暮年恒星持有的財富，占到所有暮年恒星財富的1/4。

富鋰巨星首富

在尋找富鋰土豪的過程中，LAMOST發現了富鋰巨星中的首富——TYC429-2097-1。

經過天文學家的精確計算，發現這位首富的鋰財富是普通暮年恒星平均水平的5000倍以上。如果換算成工資，我國2020年城鎮居民人均可支配收入約為4.4萬元，那么這位首富的可支配收入就相當于2.2億元。

這是什么概念呢？蘋果公司CEO蒂姆·庫克先生，據報道其2020年的年薪約為1500萬美元（不算股權收益），換算下來也就剛剛1億元人民幣，尚不及TYC429-2097-1的一半。我們再換一個角度來感受這顆恒星的豪氣。某品牌的電動車在滿電狀態下擁有約600千米續航里程，它的電池容量達100千瓦時。如果我們把地球上的所有汽車（約14億輛）全部換成這種電動車，且把這顆恒星上的鋰做成一個巨大的充電寶，全部由它來提供電能，那么可以同時讓所有汽車開到任何一個你在夜空中能看到的恒星處。

這位富豪的家在蛇夫座，那是銀河系中心最繁華的地段之一，距離我們有4500光年。雖然在天文學尺度上這是一個很近的距離，但是人類現在還沒有任何手段可以到達那里。值得一提的是，在此之前，鋰元素財富排行榜上的首富是HDE233517。它從2000年被發現以來已經霸榜長達18年之久。而TYC429-2097-1的鋰財富是它的2倍左右。

本文內容來自《中國國家天文》2021年第2期