北京时间10月10日，国际科学期刊《自然·天文》在线发表了由中国科学院国家天文台和德国马普天文研究所等国内外单位联合完成的一项重要科研成果。研究团队基于国家重大科技基础设施郭守敬望远镜（LAMOST）以及欧空局Gaia卫星数据，揭示了古银盘的空间结构演化，发现现存最古老的银盘结构成分起源于距今约135亿年前。该发现对深入理解星系和宇宙的早期起源和演化具有重要意义。

像银河系这样同时具有盘和晕的漩涡星系是先形成盘还是晕？这是理解星系如何起源和早期宇宙环境的关键问题。暗能量和冷暗物质模型（ΛCDM）是近年来流行的星系和宇宙结构形成标准理论模型。该模型预言，宇宙早期环境动荡不安，星系之间存在频繁且剧烈的吞噬和合并现象，这可能使得早期星系盘难以存在和维持。观测上，过去发现的绝大部分河外盘星系的红移小于3（对应年龄小于110亿年）；而对于银河系，长期以来人们也普遍认为银晕是银河系最古老的结构，而银盘则晚于银晕，于大约100亿前（宇宙30多亿岁）形成。

然而，近年来詹姆斯.韦布太空望远镜（JWST）令人惊奇地发现星系盘可以出现在更高的红移：即便是红移大于5的星系，盘结构仍相当普遍地存在。同样，对银河系恒星化学运动学数据的研究也表明，一些年老贫金属恒星具有与相对富金属的银盘恒星相似的轨道运动学性质，暗示银盘出现的时间可能更早。但是关于早期银盘存在的信息仅限于通过恒星化学运动学性质的猜测，由于缺乏古老恒星的统计大样本及精确年代学信息等原因，人们一直无法得知早期银河系的真实结构及其演化历史。

在本项研究中，科研团队基于利用LAMOST和Gaia巡天数据获取的迄今最精确的恒星年龄大样本，结合统计建模详细重构出了银盘恒星的空间分布结构随年龄的演化，首次发现年龄为130-135亿年的极古老恒星其空间分布仍呈现出清晰的盘结构。这说明古银盘在宇宙刚诞生不久的数亿年内就已经开始形成，并且在后续130多亿年的星系演变过程中得以幸存下来。这比此前JWST观测到的盘结构更早，是目前已知最早的星系盘。这一极早期形成的古银盘成分被命名为“盘古”，类比于中国神话里开天辟地的人物。研究进一步得出盘古的恒星质量约为2×10⁹（20亿）倍太阳质量，远大于早期银晕的恒星质量，表明盘古可能为极早期银河系的主导结构。

此外，该研究还对理解早期银河系的结构演化具有重要启发意义。首先，研究发现在80-135亿年前的50多亿年间，古银盘的结构演化主要发生在垂直银盘面的方向，并解释这一演化效应可能由形成恒星的气体垂向冷却（upside-down）和恒星垂向加热（heating up）机制共同决定。同时，通过与星系流体数值模拟数据进行对比，研究进一步发现，实际的银盘比数值模拟中的银盘要更薄，表明银河系实际经历的早期演化环境比理论预期要更加宁静。

国家天文台向茂盛研究员是该论文的第一作者和通讯作者。国家天文台刘继峰研究员和德国马普天文研究所的汉斯-沃特.瑞克斯（Hans-Walter Rix）教授为该论文的共同通讯作者。此研究还包括来自北京师范大学天文与天体物理前沿研究所、中国科学院大学、加拿大多伦多大学等多家机构的天文学家。本项研究得到了国家重点研发计划，国家自然科学基金，以及腾讯新基石研究员项目的资助。

论文地址：https://www.nature.com/articles/s41550-024-02382-w

 极早期银河系想象图。（绘制：LAMOST运行和发展中心）

 银河系老龄恒星的空间分布结构参数。横坐标为标长，纵坐标为标高。呈现出盘结构（标高小于标长）的恒星年龄高达130多亿年。

信息来源：中国科学院国家天文台

原文链接：http://www.bao.ac.cn/news/gd/202410/t20241010_7396143.html