自然杂志重磅发文宣布成果

3月24日，在《Nature》杂志上发表了关于我国研究人员向茂盛博士和德国Hans-Walter Rix教授合作的一项重大科研成果。

他们利用中科院国家天文台运行的郭守敬望远镜（LAMOST）和欧空局天体测量卫星盖亚望远镜（Gaia）的巡天观测数据获取了迄今最为精确的大样本恒星年龄信息，更进一步，他们还按照时间序列，清晰地还原了银河系幼年和青少年时期的形成与演化图像。

一直以来关于银河系的认知都在不断地更新。我们离宇宙的运行的真相越来越近了。银河系是如何一步一步被我们了解的呢？下面来详细聊聊。

银河系

银河系是怎样一步步被人们了解的？

银河系是一个由几千亿颗恒星和大量的星团、星云以及各种气体、尘埃组成的棒旋星系。认识银河系是从认识恒星开始的。当时人们普遍认为，银河系就是宇宙的全部，而太阳正处于银河系的中心。那人类是如何开展银河系恒星探索的呢？

1、真正打开恒星世界之门，还得追溯到20世纪80年代，那时候的人们普遍认为恒星是只能燃烧几千万年的大煤球，

大火球

并且完全不清楚它们到底有哪些种类。时任哈佛大学天文台台长的爱德华·皮克林开始研究恒星分类。他带领着一群哈佛女计算员经过四十多年的研究，最终于1924年完成了20多万颗恒星的光谱分析，基于恒星的表面温度，得出了著名的哈佛恒星分类。这是当时最具说服力的分类了。

哈佛恒星分类图

2、随着人们认知水平的提升，一些科学家们发现这样分类也是有缺陷的。后来的赫罗图通过表面温度和绝对亮度这两个指标来进一步划分恒星的类型。

赫罗图

从这个时候起人们发现了红巨星和白矮星。但是至于为啥会长这样，当时的人们还不得而知。

3、直到20世纪20年代，才打破这个未知数。第一次向世界介绍了爱因斯坦的广义相对论理论的物理学家爱丁顿提出了恒星的能量来源于氢核聚变，而不是一颗燃烧的大火球！

太阳表面核聚变

还提出恒星之所以能够稳定地运行，是因为其由向内的引力和向外的核聚变产生辐射压力来维持平衡的。他给出了一条恒星演化的清晰轨迹。正值青壮年的恒星恒称为主序星，它主要靠把中心区域的氢核聚变成氦核来维持。但是，当中心区域的氢燃料消耗殆尽的时候，恒星就会抛出外层的物质。这个时候，恒星的温度会降低，发出的光也会变成红色，与此同时，它体积急剧膨胀，主序星就变成一颗红巨星了。

红巨星

当所有外层物质都抛掉以后，恒星会剩下一个可怜的小内核，亮度变得更暗。它的生命到此结束，变成一颗白矮星。

白矮星

4、但是白矮星真的就是恒星的最终归宿吗？答案是否定的。诺贝尔物理学奖得主钱德拉塞卡揭示了白矮星并不是恒星演化的唯一终点。在众多的红巨星当中，只有质量小于太阳质量的1.44倍时才会变成白矮星；质量如果大于太阳质量的1.44倍，在引力作用下，它就会把所有的电子都塞进原子核内部，甚至把整个恒星都压成一个没有大小的点！

5、光学望远镜的观测到这也几乎到了极限。后来的人们利用射电望远镜探测到了神秘的脉冲信号，后来证实这些脉冲信号是由密度超大的中子星发出的。

中子星

6、那如果质量更大？中子星会不会继续坍缩呢？是的，一旦超过了这个太阳3倍质量，中子星并压就无法再抗衡引力，这样一来，中子星就会继续塌缩下去它会坍缩成夸克星，遗憾的是夸克星至今还没有真正找到。

按照这个理论继续分析下去，如果死亡恒星留下的内核质量超过了太阳质量的8倍，就连夸克星也要向内塌缩，把所有的物质都压缩到一个体积无限趋于0的奇点里，从而形成一种最神秘的天体：黑洞。

我们发现的第一个黑洞是天鹅座X-1。时至今日，黑洞已经成为天文学界最大的研究热点之一。

天鹅座X-1黑洞

在银河系的正中心，就盘踞着一个质量能达到太阳质量430万倍的巨大黑洞:人马座A。

这个银河系认知发展史是不是很壮观？

银河系演化史如何被改写？

超强的天文学数据支撑给这次改写提供了有利证据。

①我国的LAMOST发布千万量级的恒星光谱数据，成为数字化银河的基石。

②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。

探究演化过程中，对于恒星年龄的研究就极为重要。而主序星演化过程中，只有亚巨星的可观测参数尤其是光度对于其初始质量和年龄极为敏感。遗憾的是，亚巨星是处于主序向红巨星演化阶段过渡阶段的恒星。它的演化十分迅速，导致亚巨星比较稀少，很难观测。所幸，这次在从这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%，比以前高很多！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。

新发现刷新了哪些认知？

以前的理论认为银河系的诞生是这样的过程:

①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。

②气体逐渐冷却形成了早期厚盘。

③气体冷却，形成银河系薄盘。

而这一次，通过大量数据分析，发现一个奇怪的时间点:80亿年。这个时间点前后的恒星有着截然不同的特征。由此推断，银河系的集成和演化历史从80亿年这个时间点分成两个明确的阶段。80亿年以前是早期阶段，形成了银河系的厚盘和银晕；80亿年后是晚期阶段，此阶段形成了银河系薄盘。

最主要的是，通过年龄测试，最古老的早期厚盘要比银晕早10亿到20亿年！这和人们对银河系早期形成的历史的传统认知是相悖的。

进一步探究发现，多半的厚盘恒星形成于约110亿年前，而在110亿年前矮星系GSE与早期银河系并合正好发生。由此科学家们推断:厚盘的恒星形成与GSE撞击事件有着很大的联系。

到此，银河系演化的脉络逐渐清晰了！随着观测数据的丰富、观测技术的提升，一定会更清晰地找到宇宙演化的秘密 。大家觉得这次的突破如何呢？

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