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矮星系|元素丰度|恒星形成

据中国科学院国家天文台发布，北京时间3月24日，国际科学期刊《自然》以封面文章形式发布了德国马普天文研究所的研究人员向茂盛博士和Hans-Walter Rix教授合作的一项重大成果。基于中国科学院国家天文台运行的国家重大科技基础设施郭守敬望远镜（LAMOST）和欧空局天体测量卫星盖亚望远镜（Gaia）的巡天观测数据，研究人员获取了迄今最为精确的大样本恒星年龄信息，按照时间序列清晰还原了银河系幼年和青少年时期的形成与演化图像，改写了人们对银河系早期形成历史的认知。

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3月24日刊《自然》杂志封面 - 追星人的银河指南
夜空中美丽浩瀚的银河，自古以来就引发了人们无数的想象和无尽的探索。我们所在的银河系是无数宇宙岛中一个普通盘星系，和其它类似星系一样，它在过去的一百多亿年间集成了上千亿颗恒星。这些恒星根据位置的不同，主要分布在银河系的银晕和银盘上，其中银盘又包括一个几何上相对较厚的厚盘和一个相对较薄且更延展的薄盘。然而，银河系的银晕和银盘是在什么时间，如何形成，又是如何组装起来并演化成今天绚丽多姿的银河等系列起源问题一直是天文家亟待解决的科学谜团，同时也是世界范围内多个地面和空间望远镜大规模天文巡天观测计划的主要科学目标。
过去的研究通常认为，我们的银河系在婴儿时期（极早期）经历了剧烈的形成过程，大量的贫金属气体塌缩（天文上把除氢和氦以外的元素都叫做金属）或者是富含气体的星系间相互碰撞和并合形成了银河系的恒星晕。然后气体逐渐冷却形成了早期银盘即银河系厚盘。最后，随着时间推移气体进一步冷却，开始形成银河系薄盘。薄盘的形成是一个持久而有序的过程，从大约80-100亿年前一直持续至今。然而，这些图像主要来自数值模拟以及人们对碎片化观测证据的推测。所幸天文观测大数据的涌现使得银河系演化图像正在被改写，开启银河尘封历史的时代已经到来。
LAMOST发布千万量级的恒星光谱数据，成为数字化银河的基石。欧空局发射的Gaia卫星则提供了14亿颗恒星的位置和移动地图。这样的珠联璧合为天文学家追溯银河系的集成和演化历史提供了得天独厚的优势。
【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】向茂盛博士和Rix教授基于LAMOST和Gaia数据，构建了包含25万颗亚巨星的高质量数据样本，并获取了它们的精确年龄。恒星年龄是最难以精确测定的恒星物理量，也可以说是天文领域最难精确测量的物理量之一。得益于LAMOST银河系巡天及国际上其它巡天项目的开展，获取大样本恒星的年龄已在过去几年内逐渐成为现实。但是，之前的研究所获取的大样本恒星典型年龄误差为20%或更大，而实现10%年龄测定精度的恒星样本很小，样本的空间和参数范围也十分受限。
亚巨星是处于恒星主序演化阶段向红巨星演化阶段过渡阶段的恒星。其可观测参数尤其是光度对于其初始质量和年龄极为敏感，因此它们的年龄相对容易被精确测定。但是恒星在亚巨星阶段的演化十分迅速，导致亚巨星比较稀少。利用LAMOST光谱大数据，向茂盛精确测定了700万颗恒星的大气参数，并结合Gaia数据得到了高精度的恒星光度和轨道运动学参数。从这700万恒星中筛选出25万颗亚巨星，测定出它们的精确年龄，样本平均年龄精度为7% ，金属元素丰度覆盖范围从-2.5（从太阳金属含量的300分之一）到0.5（太阳金属含量的3倍），空间覆盖范围达3万光年。这是首次在银河系如此广阔的空间范围和恒星金属丰度范围内获取如此大样本恒星的高精度年龄，成功突破了数据的局限性，为开展银河系的形成与演化历史研究跨出了标志性的一步。