天文学家最新研究认为银河系约 130 亿年前形成，这有哪些 ...

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估计恒星的年龄，是通过数值求解演化方程拟合其在Hertzsprung–Russell（光度-有效温度）图上的位置，如下图，一系列黑色实线是数值计算得到的等寿命线。


这项研究[1]考虑了亚巨星，这些是处于一个短暂演化阶段，发生氢壳燃烧的小质量恒星，它的光度对年龄很敏感，因此年龄更容易准确估计。此外，它光球表面的元素组成基本不变化，可以很好地反映形成时的元素组成。然而，由于所处的演化阶段短暂，亚巨星在观测数据中相对稀少，Gaia和LAMOST这样的大规模高质量巡天提供的样本才能使这项统计研究成为可能。事实上，其中的亚巨星覆盖了很宽的时空和金属丰度范围。拟合结果显示，年龄估计不确定程度的中位数仅7.5%。


如上图，定性观测表明，银河系可分成恒星分布结构上显著不同的晕和盘，盘又分成厚盘和薄盘。这项研究发现，如下图，a是整组样本在年龄-金属丰度平面中的分布。如果按b，c那样根据角动量和  元素（质量为氦核整数倍，在恒星核合成中最丰富）丰度进行划分，可以发现如d，e，年龄-金属丰度分布可清晰地分成几乎不重叠的两部分。d，e相比a对金属丰度的每个值归一化了概率分布，显示的是条件概率分布，这使划分更加清晰。最重要的是，这两部分的年龄刚好分别在80亿年两侧。


d中晚期形成的恒星角动量大，说明处于薄盘中；  元素丰度低，说明形成于逐渐富集的气体，对应银河系演化较宁静的阶段，V形分布显示长期演化中轨道的径向迁移。e中始于130亿年前（仅比大爆炸晚8亿年），早期形成的恒星角动量小，说明处于晕和厚盘中；  元素丰度高，说明形成于迅速富集的气体，对应银河系演化较活跃的阶段，Z形的拐点显示厚盘中最古老的恒星要比晕的主体早形成10-20亿年。金属丰度随演化而持续升高，说明形成恒星的星际介质一直保持充分混合。




上面两幅图显示了角动量 附近数据的细节。通过比对可以看到，厚盘中一些最古老的恒星在112亿年前附近“飞溅”到角动量更小的轨道，也是在这段时间厚盘中恒星形成率达到峰值，这为4年前同样基于Gaia数据的运动学统计研究结果[2]，卫星星系Gaia-Enceladus在约100亿年前坠落在银河系的前身中与之并合，造成气体大量内流形成厚盘和内晕，提供了进一步的证据。