银河系比天文学家想象的更古老，或者说它的一部分更古老。一项新发表的研究表明，圆盘的一部分比我们想象的要古老 20 亿年。
这个区域被称为厚盘，在宇宙诞生仅 8 亿年后就开始形成。。
两位天文学家比以往更详细地拼凑了银河系的历史。他们的结果基于欧洲航天局盖亚任务和中国的详细数据大天区多目标光纤光谱望远镜（拉莫斯特）。这一发现的关键在于亚巨星。
论文是“银河系早期形成历史的时间分辨图像，”并且它在期刊上在线自然。作者是茂盛翔和汉斯-沃尔特·里克斯，两人都来自马克斯·普朗克天文研究所 (MPIA)。
关于恒星最难确定的事情之一就是它的年龄。恒星的成分或金属丰度是确定其年龄的关键。天文学家测量金属量越准确，就越能准确地确定其年龄。
早期宇宙几乎只含有氢和氦。比氢和氦重的元素在恒星中产生，并在这些恒星死亡和爆炸时扩散到宇宙中。天文学家将每一种比这两种原始元素重的元素称为“金属”。
银河系边缘视图。 （斯特凡·佩恩-沃德纳尔/MPIA）
金属丰度较低的恒星年龄较大，因为它们形成时大多只有氢和氦。因此，当天文学家识别出主要含有氢和氦的恒星群时，他们就知道这些恒星年龄较大。当他们发现金属比例较高的恒星群时，他们知道这些恒星一定更年轻。
精确的年龄测量是天文学某些方面的圣杯，在这种情况下也是如此。向和里克斯不仅仅使用金属丰度来确定恒星年龄。他们专注于一种特定类型的恒星：亚巨星。
恒星生命中的次巨星阶段相对较短，因此天文学家可以在恒星处于次巨星时最准确地确定其年龄。次巨星正在转变为红巨星，并且其核心不再产生能量。相反，聚变已转移到核心周围的外壳中。
在这项研究中，两位科学家利用 LAMOST 数据确定了银河系不同部分约 25 万颗恒星的金属丰度。他们还使用了盖亚数据，该数据提供了大约 15 亿颗恒星的精确位置和亮度数据。
欧空局的盖亚任务负责提高这项研究和许多其他研究的准确性。在盖亚之前，天文学家通常会处理 20% 至 40% 的恒星年龄不确定性。这意味着年龄可能会缩短十亿年，这是一个很大的数字。
但盖亚改变了这一切。该任务当前发布的数据是 Gaia EDR 3 或早期数据发布 3，这是一个巨大的改进。 EDR3 提供超过 330,000 颗恒星的精确 3D 位置。它还可以高精度测量恒星在太空中的运动。
研究人员使用了来自盖亚和 LAMOST 的所有数据，并将其与已知的恒星参数模型进行比较，以更准确地确定亚巨星的年龄。 “利用盖亚的亮度数据，我们能够确定亚巨星的年龄，精确到百分之几，”茂胜说。
这些亚巨星分布在银河系的不同部分，使研究人员能够拼凑出其他组成部分的年龄，并建立银河系历史的时间表。
这项研究显示了我们银河系历史上的两个不同阶段。第一阶段开始于大爆炸后 8 亿年，当时厚厚的圆盘开始形成恒星。银河晕的内部区域也开始发展。
二十亿年后，一次合并推动了厚圆盘中恒星的形成。一个矮星系名叫盖亚-香肠-土卫二与银河系合并。
盖亚-香肠-土卫二（GSE）矮星系的形状并不像香肠。它因在速度图上绘制恒星而得名，其中恒星的轨道高度拉长。当 GSE 与银河系合并时，它帮助形成了厚厚的圆盘，而随之而来的气体则为银河系该部分的恒星形成提供了燃料。
这次合并也让银河系的光环充满了恒星。天文学家认为球状星团NGC 2808可能是盖亚香肠的残余核心。 NGC 2808 是银河系中质量最大的球状星团之一。
GSE在厚盘中引发的恒星形成持续了大约40亿年。大爆炸后大约60亿年，气体全部用完。在此期间，厚盘的金属丰度增加了十倍以上。
该研究还发现整个盘中的金属丰度和恒星的年龄之间存在非常紧密的相关性。这意味着 GSE 附带的气体一定是湍流的，导致它在圆盘中混合得更彻底。
天文学家最近才在 2018 年发现了 GSE 合并。类似的发现塑造了我们对银河系历史的理解，银河系的发展时间表也变得更加清晰。这项新研究为我们提供了更详细的说明。
“自从2018年发现盖亚-香肠-土卫二的古老合并以来，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银河系是什么样子，”毛盛说。
“我们的研究结果提供了有关银河系这一部分的精致细节，例如它的生日、恒星形成率和金属富集历史。利用盖亚数据将这些发现整合在一起，正在彻底改变我们对银河系形成时间和方式的认识。”
近年来，天文学家发现了有关银河系的更多细节。但绘制其结构具有挑战性，因为我们正处于其中。欧空局的盖亚任务是我们迄今为止最好的银河系恒星目录。而且每次数据发布都变得越来越好。
“随着每一次新的分析和数据的发布，盖亚让我们能够以前所未有的细节拼凑出银河系的历史。随着 6 月份盖亚 DR3 的发布，天文学家将能够用更多的细节来丰富这个故事，”欧空局盖亚项目科学家 Timo Prusti 说道。
盖亚任务至关重要，但对银河系等其他星系的观测也让天文学家深入了解银河系的结构和历史。但观测大爆炸仅二十亿年后的星系是很困难的。这需要强大的红外望远镜。幸运的是，一架期待已久的红外太空望远镜即将开始观测。
詹姆斯·韦伯太空望远镜 (JWST) 有能力回顾宇宙的早期。它将能够看到宇宙中最早的类银河系星系。
天文学家想更多地了解 GSE 合并，以及它如何导致恒星形成并在大爆炸后仅 20 亿年塑造了我们银河系的厚盘。 《JWST》对古代的观察，高红移星系类似于银河系可以帮助回答一些问题并填补更详细的银河历史。
六月，欧空局将发布盖亚完整的第三次数据发布，称为 DR3。 DR3 目录将包含超过 700 万颗恒星的年龄、金属丰度和光谱。 DR3 和 JWST 将是一个强有力的组合。
所有这些数据会告诉我们什么？随着宇宙的演化，星系要么吃东西，要么被吃。引力将星系吸引在一起，但宇宙也在膨胀，暗能量将星系推开。因此星系往往会聚集成群。银河系是银河系的一部分本地组。
由于星系的综合引力，这些星系团保持内部连贯，但由于膨胀，这些星系团彼此远离。最终，一个星系群中最大的星系会吞噬较小的星系。
银河系已经吞噬了 GSE 和球状星团。它正在吞噬大麦哲伦星云，而大麦哲伦星云又在吞噬它的更小的邻居小麦哲伦星云。
最终，银河系将吞噬两者，然后在大约 45 亿年后，它将与更大的仙女座星系（本星系群的另一个成员）合并。
这是一个奇怪的情况，因为银河系的未来可能比它的过去更容易辨别。这就是膨胀宇宙的难题：我们寻求的证据不断远离我们，迷失在时间和距离中。
但 JWST 和 Gaia DR3 有潜力扭转宇宙膨胀的局面。它们共同可以更多地揭示银河系的历史和星系合并的总体细节。希望我们最终能得到一个更详尽的历史时间表。
