银河系|天文学家基于LAMOST数据揭示银河系早期形成和演化历史( 二 )

按照运动特征和化学DNA（元素丰度）鉴定，他们把这25万恒星划分成两组：一组表征为形成于动力学相对宁静过程的银河系延展薄盘的恒星；另一组形成于动力学剧烈湍动过程的银晕和厚盘恒星。
研究团队发现，这两组恒星的年龄以大约80亿年为界同样清晰地被分成截然不同的两组。也就是说，从时间上看，银河系的集成和演化历史分成两个明确的阶段，从130亿年前到80亿年前的早期阶段和80亿年前至今的晚期阶段。早期阶段形成了银河系的厚盘和银晕，晚期阶段形成了银河系薄盘。
超高的时间分辨率使得研究团队得到了清晰的银河系早期集成和增丰图像：银河系厚盘恒星从130亿年以前就已经开始形成，这距离宇宙大爆炸仅仅过去8亿年时间（对应宇宙学红移为7）。最古老的厚盘星甚至要比银河系内晕恒星年老约10-20亿年。银河系内晕结构被认为主要是百手巨人恩塞拉都斯矮星系（Gaia-Sausage-Enceladus ， GSE）碰撞银河系并被吸积并合时形成。也就是说，早期厚盘要比今天我们看到的主要恒星银晕结构领先10-20亿年形成，这刷新了对银河系早期形成历史的传统认知。

文章插图

银河早期集成和演化图像示意图：138亿年前宇宙大爆炸， 130亿年前厚盘开始形成， 110亿年前银晕形成， 80亿前至今银河薄盘形成。（图源：喻京川）
经进一步研究，向茂盛等人还发现虽然厚盘的形成一直持续了从130亿年前到80亿年前的大约50亿年时间，期间金属元素含量增加了30倍。然而，虽然这个周期持续了50亿年，但是作者发现大多数厚盘恒星却形成于约110亿年前的一次集中爆发。与此同时，他们通过年龄数据研究发现矮星系GSE与早期银河系并合发生的时间大约也是在110亿年前，这比前人认为的早了10亿年。这两个年龄高度吻合，研究团队认为这绝非偶然，而是强烈暗示了厚盘的恒星形成活动受到了GSE撞击事件的显著激发。
形成厚盘恒星的气体大约在80亿年前耗尽，厚盘形成停止。差不多与此同时，新的气体开始从银河系周围聚集到一个更薄的盘上形成银河系薄盘恒星。薄盘形成过程一直持续至今。
至此，一个时间轴上被精确刻画的早期银河系形成和演化图像得以呈现，《自然》期刊审稿人评价该成果是第一次能够对银河系的形成历史提供如此清晰地描绘。
银河系作为普通星系的代表，是我们研究宇宙中一般星系形成与演化问题的重点实验室，它可以帮助天文学家追溯从极早期宇宙一直到今天所发生的一个个精彩故事。