郭守敬望远镜发现锕系元素增丰星：为理解宇宙中最重元素形成机制提供全新线索

中科院国家天文台网站5月28日消息，近日，国际科学期刊《天体物理学杂志快报》（The Astrophysical Journal Letters）刊登了中国科学院国家天文台领导的国际合作团队的一项重要研究。他们首次在银河系的“盖亚-香肠-恩克拉多斯”（Gaia-Sausage-Enceladus, GSE）吸积遗迹中发现了一颗具有高钍/铕比的锕系元素增丰极贫金属星。这一发现为理解宇宙中最重元素的形成机制提供了全新线索，并揭示了锕系元素增丰可能与矮星系的吸积过程密切相关。该成果第一作者为国家天文台博士研究生林洋名，指导老师为李海宁研究员。

发现：锕系元素增丰星家族又添一员

LAMOST J0804+5740是一颗极端贫金属（[Fe/H] = -2.38）、r-过程增丰（[Eu/Fe] = 0.80）的恒星。研究人员利用郭守敬望远镜（LAMOST）巡天数据和日本昴星团（Subaru）望远镜高精度后续观测，精确测定了这颗特殊恒星的48种元素的丰度。结果显示，这颗恒星的锕系元素（如钍）的含量显著高于普通的r-过程增丰星，成为目前已知少数几颗锕系元素增丰星之一，同时表明它可能诞生于一次极端的重元素合成事件。

起源：磁旋转驱动喷流超新星还是双中子星并合？

锕系元素增丰现象一直是现代天文学研究的谜团之一。传统观点认为双中子星并合或者中子星-黑洞并合是其主要来源。但研究团队通过对比理论模型，发现磁旋转驱动喷流超新星模型与J0804+5740的观测丰度模式最为匹配（如图1所示）。这意味着磁旋转驱动喷流超新星也可能产生锕系元素增丰现象，为其起源提供了新的解释。

图1：J0804+5740的重元素丰度模式（红色实心圆圈）与太阳r-过程和s-过程模型的对比(左上图)，以及与理论r-过程和AGB s-过程的组合模型的对比（右上图）。J0804+5740的元素丰度与太阳r-过程模型之间的残差（左下图），以及与理论r-过程和AGB s-过程组合模型的残差（右下图）。

新线索：吸积矮星系中的锕系元素

动力学研究发现，J0804+5740不仅是一颗锕系元素增丰星，而且属于银河系吸积矮星系“盖亚-香肠-恩克拉多斯”（Gaia-Sausage-Enceladus, GSE)的一部分，这不仅是第一次在GSE中，也是第一次在已知吸积遗迹中发现具有明显锕系元素增丰的天体。研究团队进一步分析了48颗具有钍丰度测量的r-过程增丰星，发现约三分之二的锕系元素增丰星均倾向吸积起源（ex-situ），如图2所示。这表明，被银河系吸积的矮星系可能是此类特殊天体的重要来源。

图2：r-过程增丰星中log ε (Th/Eu)与[Fe/H]的关系。空心圆代表吸积恒星（ex-situ），空心三角形代表本地恒星（in-situ）。红色的实心圆代表属于GSE的恒星，而蓝色实心圆代表来自其他子结构的恒星，包括Wukong、Helmi streams、Thamnos和Sequoia。右边Y轴表示根据log ε (Th/Eu)计算的年龄。黑色实线对应锕系元素增丰的标准。此外，黑色虚线表示宇宙的年龄（13.772 ± 0.059）。

 LAMOST J0804+5740如同一枚“时间胶囊”，保存了百亿年前矮星系中剧烈重元素核合成事件的证据。未来，我们将扩大对锕系元素增丰星的搜寻，并结合核物理实验和核合成理论模型，揭示重元素起源的完整图像。

这项研究不仅为银河考古学提供了新线索，也为理解宇宙中最重元素的形成和演化开辟了新思路。科学家们期待未来的研究能够揭示更多关于锕系元素增丰现象的奥秘，并进一步探索银河系吸积矮星系中的独特化学特征。