盖亚任务发现银河系的部分地区比我们想象的要古老得多

这一令人惊讶的结果来自于德国海德堡马克斯-普朗克天文研究所的Maosheng Xiang和Hans-Walter Rix进行的分析。他们从盖亚的早期数据发布3(EDR3)数据集中获取了亮度和位置数据并将其跟中国大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜（LAMOST）提供的约25万颗恒星的化学成分测量结果相结合以推算出它们的年龄。

他们选择了研究亚巨型恒星。在这些恒星中，能量已经停止在恒星的核心中产生并已转移到核心周围的外壳中。这颗恒星本身正在转变为一颗红巨星。由于亚巨星阶段是一颗恒星生命中相对短暂的演化阶段，所以它能非常准确地确定其年龄，但这仍是一个棘手的计算。

恒星的年龄是多少？

一颗恒星的年龄是最难确定的参数之一。它无法被直接测量，而使必须通过比较一颗恒星的特征和恒星演化的计算机模型来推断出来。组成数据对此则有帮助。宇宙诞生时几乎只有氢气和氦气。其他的化学元素--天文学家统称为金属--是在恒星内部制造的并在恒星寿命结束时爆炸回太空，在那里它们可以被纳入下一代的恒星中。因此，较老的恒星有较少的金属，据称金属性较低。

LAMOST的数据给出了金属性。在将亮度和金属性加在一起，天文学家得以从计算机模型中提取恒星的年龄。在Gaia之前，天文学家经常在20%-40%的不确定性下工作，这可能导致确定的年龄不精确，甚至超过10亿年。

盖亚的EDR3数据发布则改变了这一点。Maosheng指出：“有了盖亚的亮度数据，我们只需百分之几就能确定一个亚巨星的年龄。”在掌握了分布在整个银河系的25万颗亚巨星的精确年龄，Maosheng和Hans-Walter开始了分析。

银河系的解剖结构

我们的银河系是由不同的部分组成的。大体上，这些部分可以被分成光环和星盘。光环则是围绕圆盘的球形区域，传统上被认为是银河系最古老的组成部分。圆盘由两部分组成：薄盘和厚盘。薄盘包含了大部分的恒星，我们在夜空中看到的缥缈的光带--我们称之为银河系。厚盘的高度则是薄盘的两倍多，但半径较小，只包含太阳附近银河系恒星的百分之几。

通过识别这些不同区域的亚巨型恒星，研究人员得以建立起一个银河系形成的时间表--这时他们得到了一个惊喜。

银河系历史的两个阶段

恒星年龄清楚地显示，银河系的形成分为两个不同的阶段。在第一阶段，从大爆炸后的8亿年开始，厚厚的圆盘开始形成恒星。光环的内部部分也可能在这个阶段开始聚集，但是当一个被称为Gaia-Sausage-Enceladus的矮星系跟银河系合并时，这个过程迅速加速完成--约20亿年后。它使光环中充满了恒星，且正如新工作所清楚揭示的那样，它触发了新生的厚盘形成其大部分恒星。拥有太阳的薄盘恒星是在随后银河系形成的第二阶段形成的。

另外，分析还显示，在跟Gaia-Sausage-Enceladus合并引发的恒星形成爆发之后，厚盘继续形成恒星，并直到大爆炸后约60亿年气体被用完。在这段时间里，厚盘的金属性增长了10倍以上。但值得注意的是，研究人员看到了一个非常紧密的恒星年龄-金属性关系，这表明在整个时期，形成恒星的气体在整个圆盘中是很好的混合。这意味着早期银河系的圆盘区域一定是由高度湍流的气体形成，这些气体能有效地将金属传播得很远很广。

感谢盖亚的时间线

厚盘更早的形成年龄指向了我们银河系早期历史的不同图景。“自从2018年发现Gaia-Sausage-Enceladus的古老合并后，天文学家就怀疑银河系在光环形成之前就已经存在了，但我们并没有清楚地了解那个银河系是什么样子。我们的结果提供了关于银河系那一部分的精致细节，如它的生日、它的恒星形成率和金属富集历史，”Maosheng说道，“利用盖亚数据把这些发现放在一起正在彻底改变我们对银河系何时以及如何形成的看法。”

另外，我们可能还没有看到足够远的宇宙，进而看到类似的星系盘形成。

新的观测结果可能会在不久的将来出现，因为詹姆斯-韦伯太空望远镜已经被优化，它可以看到宇宙中最早的类似银河系的星系。而在今年6月13日，盖亚将发布其完整的第三个数据版本（盖亚DR3）。这个目录将包括光谱和衍生信息如年龄和金属性，这将使得像Maosheng这样的研究更加容易进行。