中子俘获元素增丰恒星中的同位素丰度比研究

CEMP-r/s stars have a unique status in the study field of neutron-capture nucleosynthesis, because whose origin is involved in all of the neutron-capture process (including r-, s- and i-process). In this project, we will make CEMP-r/s stars as the main research samples, the other special objects such as CEMP-s, r-II, CH, Ba stars, post-AGB stars and so on as comparing sample. Through the comparative analysis of Ba and Eu isotope ratios of above samples, we will depict the observed characteristics of every neutron-capture process more accurately and detailedly at the isotopic level, and reveal its dependency on metallicities. By compared with the calculation results of i-process and AGB models with s-process, we will explore the possibility of the existence of i-process, study history of every neutron-capture process, determine the forming mechanism of CEMP-r/s stars, and reveal characteristics of astrophysical environment for every neutron-capture process at the early Milky Way.

CEMP-r/s星的形成机制涉及到了所有的中子俘获核合成过程（包括s-过程、r-过程和i-过程），因而在中子俘获核合成研究领域具有独特的地位。本项目以CEMP-r/s星为主要研究样本，CEMP-s星、r-II星、CH星、Ba星和post-AGB星等中子俘获元素增丰恒星作为比较样本，采用更高层级的同位素丰度分析法，确定上述恒星的Ba、Eu同位素比例，通过比较分析上述样本星的同位素比例，进而更加精确、细致地刻画出各种中子俘获过程在同位素水平上的观测特征及其对金属丰度的依赖关系。通过与AGB星s-过程和i-过程的计算结果进行详细对比，探究i-过程存在的可能性，研究相关恒星的中子俘获核合成历史，确定CEMP-r/s星的形成机制，揭示银河系早期发生各种中子俘获核合成的天体物理环境特征。

目前国际上在研究恒星中子俘获过程时，主要通过拟合相关恒星的元素丰度分布，但是上述方法相对于同位素丰度比例存在着一定的局限性。原因在于理论上相同的元素丰度中可以包含不同的同位素比例，而不同的同位素比例则对应着不同的中子俘获核合成情况。本项目测定了一批中子俘获元素增丰恒星的重元素同位素比例，包括post-AGB星、Ba星、r-only星、s-only星和富锂巨星等，并给出了他们的同位素特征值。我们推断i-过程应该是post-AGB星r-和s-过程元素增丰的原因；发现s-only星的重元素增丰过程只能由s-过程解释，且Ba元素的同位素比例随着金属丰度降低而降低，与模型预言一致；从重元素同位素的角度推断了Ba矮星和Ba巨星应该有着一致的起源；发现r-过程同位素比例的普适特征，推断r-过程核合成效率是稳定的；给出了银河系早期主要r-过程和弱r-过程的演化轨迹；推断富Li巨星的Li增丰与s-过程元素的增丰程度无关。证认和构建了一批高价值的恒星样本，包括目前国际上最大且纯度最高的OB星、C星、激变变星、A超巨星、F超巨星样本。基于OB星，研究了银河系年轻恒星盘的结构，发现不同星族恒星示踪的银盘标高没有演化关系，推断排除了银盘的长期演化机制，认为包括矮星系等导致的扰动是银盘flare和warp的根本原因；发现了银盘OB星的在速度空间中的波浪状结构，和动力空间中的“屋脊”结构，认为扰动是其形成原因。项目在国际上首次采用同位素丰度分析方法，将中子俘获研究推进到了精确和精细的角度，解决了丰度拟合研究方法存在的局限性；大规模高价值恒星目标的证认为相关恒星物理研究和银河系研究提供了独一无二的样本和新的研究视角。