北京時間3月24日，國際科學期刊《自然》以封面文章形式發布了德國馬普天文研究所研究人員向茂盛博士和Hans-Walter Rix教授合作的一項重大成果。基於中國科學院國家天文台運行的國家重大科技基礎設施郭守敬望遠鏡（LAMOST）和歐空局天體測量衛星蓋亞望遠鏡（Gaia）的巡天觀測數據，研究人員獲取了迄今最為精確的大樣本恆星年齡信息，按照時間序列清晰還原了銀河系幼年和青少年時期的形成與演化圖像，改寫了人們對銀河系早期形成歷史的認知。

【恆星年齡是天文領域最難精確測量的物理量之一】

夜空中美麗浩瀚的銀河，自古以來就引發了人們無數的想象和無盡的探索。我們所在的銀河系是無數宇宙島中一個普通盤星系，和其它類似星系一樣，它在過去的一百多億年間集成了上千億顆恆星。這些恆星根據位置的不同，主要分布在銀河系的銀暈和銀盤上，其中銀盤又包括一個幾何上相對較厚的厚盤和一個相對較薄且更延展的薄盤。然而，銀河系的銀暈和銀盤是在什麼時間形成，又是如何組裝起來並演化成今天絢麗多姿的銀河等系列起源問題一直是天文學家亟待解決的科學謎團，同時也是世界范圍內多個地面和空間望遠鏡大規模天文巡天觀測計劃的主要科學目標。

LAMOST發布千萬量級的恆星光譜數據，成為數字化銀河的基石。歐空局發射的Gaia衛星則提供了14億顆恆星的位置和移動地圖。這樣的珠聯璧合為天文學家追溯銀河系的集成和演化歷史提供了得天獨厚的優勢。向茂盛博士和Rix教授基於LAMOST和Gaia數據，構建了包含25萬顆亞巨星的高質量數據樣本，並獲取了它們的精確年齡。恆星年齡是最難以精確測定的恆星物理量，也可以說是天文領域最難精確測量的物理量之一。

得益於LAMOST銀河系巡天及國際上其它巡天項目的開展，獲取大樣本恆星的年齡已在過去幾年內逐漸成為現實。但是，之前的研究所獲取的大樣本恆星典型年齡誤差為20%或更大，而實現10%年齡測定精度的恆星樣本很小，樣本的空間和參數范圍也十分受限。利用LAMOST光譜大數據，向茂盛精確測定了700萬顆恆星的大氣參數，並結合Gaia數據得到了高精度的恆星光度和軌道運動學參數。從這700萬恆星中篩選出25萬顆亞巨星，測定出它們的精確年齡，樣本平均年齡精度為7%，金屬元素豐度覆蓋范圍從-2.5（太陽金屬含量的300分之一）到0.5（太陽金屬含量的3倍），空間覆蓋范圍達3萬光年。這是首次在銀河系如此廣闊的空間范圍和恆星金屬豐度范圍內獲取如此大樣本恆星的高精度年齡，成功突破了數據的局限性，為開展銀河系的形成與演化歷史研究跨出了標志性的一步。

【第一次對銀河系的形成歷史“清晰地描繪”】

按照運動特征和化學DNA（元素豐度）鑒定，他們把這25萬恆星劃分成兩組：一組表征為形成於動力學相對寧靜過程的銀河系延展薄盤的恆星﹔另一組形成於動力學劇烈湍動過程的銀暈和厚盤恆星。研究團隊發現，這兩組恆星的年齡以大約80億年為界同樣清晰地被分成截然不同的兩組。也就是說，從時間上看，銀河系的集成和演化歷史分成兩個明確的階段，從130億年前到80億年前的早期階段和80億年前至今的晚期階段。早期階段形成了銀河系的厚盤和銀暈，晚期階段形成了銀河系薄盤。

超高的時間分辨率使得研究團隊得到了清晰的銀河系早期集成和增豐圖像：銀河系厚盤恆星從130億年以前就已經開始形成，這距離宇宙大爆炸僅僅過去8億年時間（對應宇宙學紅移為7）。最古老的厚盤星甚至要比銀河系內暈恆星年老約10-20億年。銀河系內暈結構被認為主要是百手巨人恩塞拉都斯矮星系（GSE）碰撞銀河系並被吸積並合時形成。也就是說，早期厚盤要比今天我們看到的主要恆星銀暈結構領先10-20億年形成，這刷新了對銀河系早期形成歷史的傳統認知。

經進一步研究，向茂盛等人還發現雖然厚盤的形成一直持續了從130億年前到80億年前的大約50億年時間，其間金屬元素含量增加了30倍。然而，雖然這個周期持續了50億年，但大多數厚盤恆星卻形成於約110億年前的一次集中爆發。與此同時，他們通過年齡數據研究發現矮星系GSE與早期銀河系並合發生的時間大約也是在110億年前，這比前人認為的早了10億年。這兩個年齡高度吻合，研究團隊認為這絕非偶然，而是強烈暗示了厚盤的恆星形成活動受到了GSE撞擊事件的顯著激發。

形成厚盤恆星的氣體大約在80億年前耗盡，厚盤形成停止。差不多與此同時，新的氣體開始從銀河系周圍聚集到一個更薄的盤上形成銀河系薄盤恆星。薄盤形成過程一直持續至今。至此，一個時間軸上被精確刻畫的早期銀河系形成和演化圖像得以呈現，《自然》期刊審稿人評價該成果是第一次能夠對銀河系的形成歷史提供如此清晰地描繪。而銀河系作為普通星系的代表，是我們研究宇宙中一般星系形成與演化問題的重點實驗室，它可以幫助天文學家追溯從極早期宇宙一直到今天所發生的精彩故事。

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