這一令人驚訝的結(jié)果來自于德國海德堡馬克斯-普朗克天文研究所的Maosheng Xiang和Hans-Walter Rix進(jìn)行的分析。他們從蓋亞的早期數(shù)據(jù)發(fā)布3(EDR3)數(shù)據(jù)集中獲取了亮度和位置數(shù)據(jù)并將其跟中國大天區(qū)面積多目標(biāo)光纖光譜天文望遠(yuǎn)鏡（LAMOST）提供的約25萬顆恒星的化學(xué)成分測量結(jié)果相結(jié)合以推算出它們的年齡。

他們選擇了研究亞巨型恒星。在這些恒星中，能量已經(jīng)停止在恒星的核心中產(chǎn)生并已轉(zhuǎn)移到核心周圍的外殼中。這顆恒星本身正在轉(zhuǎn)變?yōu)橐活w紅巨星。由于亞巨星階段是一顆恒星生命中相對短暫的演化階段，所以它能非常準(zhǔn)確地確定其年齡，但這仍是一個棘手的計算。

恒星的年齡是多少？

一顆恒星的年齡是最難確定的參數(shù)之一。它無法被直接測量，而使必須通過比較一顆恒星的特征和恒星演化的計算機(jī)模型來推斷出來。組成數(shù)據(jù)對此則有幫助。宇宙誕生時幾乎只有氫氣和氦氣。其他的化學(xué)元素--天文學(xué)家統(tǒng)稱為金屬--是在恒星內(nèi)部制造的并在恒星壽命結(jié)束時爆炸回太空，在那里它們可以被納入下一代的恒星中。因此，較老的恒星有較少的金屬，據(jù)稱金屬性較低。

LAMOST的數(shù)據(jù)給出了金屬性。在將亮度和金屬性加在一起，天文學(xué)家得以從計算機(jī)模型中提取恒星的年齡。在Gaia之前，天文學(xué)家經(jīng)常在20%-40%的不確定性下工作，這可能導(dǎo)致確定的年齡不精確，甚至超過10億年。

蓋亞的EDR3數(shù)據(jù)發(fā)布則改變了這一點。Maosheng指出：“有了蓋亞的亮度數(shù)據(jù)，我們只需百分之幾就能確定一個亞巨星的年齡。”在掌握了分布在整個銀河系的25萬顆亞巨星的精確年齡，Maosheng和Hans-Walter開始了分析。

銀河系的解剖結(jié)構(gòu)

我們的銀河系是由不同的部分組成的。大體上，這些部分可以被分成光環(huán)和星盤。光環(huán)則是圍繞圓盤的球形區(qū)域，傳統(tǒng)上被認(rèn)為是銀河系最古老的組成部分。圓盤由兩部分組成：薄盤和厚盤。薄盤包含了大部分的恒星，我們在夜空中看到的縹緲的光帶--我們稱之為銀河系。厚盤的高度則是薄盤的兩倍多，但半徑較小，只包含太陽附近銀河系恒星的百分之幾。

通過識別這些不同區(qū)域的亞巨型恒星，研究人員得以建立起一個銀河系形成的時間表--這時他們得到了一個驚喜。

銀河系歷史的兩個階段

恒星年齡清楚地顯示，銀河系的形成分為兩個不同的階段。在第一階段，從大爆炸后的8億年開始，厚厚的圓盤開始形成恒星。光環(huán)的內(nèi)部部分也可能在這個階段開始聚集，但是當(dāng)一個被稱為Gaia-Sausage-Enceladus的矮星系跟銀河系合并時，這個過程迅速加速完成--約20億年后。它使光環(huán)中充滿了恒星，且正如新工作所清楚揭示的那樣，它觸發(fā)了新生的厚盤形成其大部分恒星。擁有太陽的薄盤恒星是在隨后銀河系形成的第二階段形成的。

另外，分析還顯示，在跟Gaia-Sausage-Enceladus合并引發(fā)的恒星形成爆發(fā)之后，厚盤繼續(xù)形成恒星，并直到大爆炸后約60億年氣體被用完。在這段時間里，厚盤的金屬性增長了10倍以上。但值得注意的是，研究人員看到了一個非常緊密的恒星年齡-金屬性關(guān)系，這表明在整個時期，形成恒星的氣體在整個圓盤中是很好的混合。這意味著早期銀河系的圓盤區(qū)域一定是由高度湍流的氣體形成，這些氣體能有效地將金屬傳播得很遠(yuǎn)很廣。

感謝蓋亞的時間線

厚盤更早的形成年齡指向了我們銀河系早期歷史的不同圖景。“自從2018年發(fā)現(xiàn)Gaia-Sausage-Enceladus的古老合并后，天文學(xué)家就懷疑銀河系在光環(huán)形成之前就已經(jīng)存在了，但我們并沒有清楚地了解那個銀河系是什么樣子。我們的結(jié)果提供了關(guān)于銀河系那一部分的精致細(xì)節(jié)，如它的生日、它的恒星形成率和金屬富集歷史，”Maosheng說道，“利用蓋亞數(shù)據(jù)把這些發(fā)現(xiàn)放在一起正在徹底改變我們對銀河系何時以及如何形成的看法。”

另外，我們可能還沒有看到足夠遠(yuǎn)的宇宙，進(jìn)而看到類似的星系盤形成。

新的觀測結(jié)果可能會在不久的將來出現(xiàn)，因為詹姆斯-韋伯太空望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)被優(yōu)化，它可以看到宇宙中最早的類似銀河系的星系。而在今年6月13日，蓋亞將發(fā)布其完整的第三個數(shù)據(jù)版本（蓋亞DR3）。這個目錄將包括光譜和衍生信息如年齡和金屬性，這將使得像Maosheng這樣的研究更加容易進(jìn)行。