天文大数据“重塑”银河系考古

千百年来，为了认识浩瀚的银河系和浩瀚的宇宙，人们从未停止探索。如今，一只只瞄准宇宙的“观天巨眼”帮助科学家们逐渐看清了银河系的早期形成和演化历史，开启了银河系编年史的重要篇章。作为盘星系的普通代表，《星系编年史》将成为天文学家了解星系形成和演化、追溯从宇宙极早期到今天发生的精彩故事的经典著作。

这一次，有两个“英雄”帮助天文学家揭示了银河系的尘封历史：一个是中国自主研发、由中国科学院国家天文台运营的国家重大科技基础设施“郭守敬望远镜”，另一个是欧洲航天局的天体测量卫星“盖亚望远镜”。其中一个是地面望远镜，另一个是太空卫星。就是这样一个彼此牵手的世界，刷新了当今对银河系的认知，是一个新的突破。

天文学家正在逐步打破“只活在这座山，不知庐山真面目”的限制，不断认识银河系的全貌及其形成演化的秘史。LAMOST和Gaia的结合将使天文学家迎来重塑银河系历史真相的黄金时代。

放两把大数据“钥匙”

揭开银河系尘封的历史

是星系考古研究的重点实验室，恒星是星系考古的天然化石。——恒星表面的化学元素含量完整记录了星系诞生时星际环境的化学成分。恒星运动的相似性也为天文学家解决恒星起源问题提供了重要线索。因此，要实现对银河系整合与演化的全面认识，关键在于需要获得足够大、分布足够广、足够有代表性的银河系内恒星的位置、运动、年龄和化学成分等信息。

LAMOST的星系光谱巡天项目是目前世界上正在运行的最大的恒星光谱巡天项目。在过去的10年里，它获得了数千万条光谱数据，为揭示银河系的结构和演化提供了前所未有的光谱数据基石。欧空局于2013年12月发射的盖亚卫星为天文学家提供了14亿颗恒星的高精度位置和运动地图。这成为天文学家打开银河系尘埃史的一把宝贵钥匙。

大样本精确恒星年龄

LAMOST展示看家本领。

作为银河系考古研究的前提，恒星年龄的准确测定非常重要。但由于恒星的年龄无法直接测量，只能通过测量的恒星参数与恒星演化的理论模型进行比较来估算，因此它是最难准确获得的信息，也可以说是天文学中最难获得的物理量之一。

近年来，大尺度光谱巡天提供的大尺度恒星年龄推动了银河系考古研究的快速发展，LA MOST光谱巡天是这一方向的主要探路者之一。

然而，以往研究中得到的大样本恒星的典型年龄误差大多在20%以上，而年龄误差小于10%的恒星样本少得可怜。而且样本空间和参数范围也非常有限。

亚巨星是主序演化阶段向红巨星演化阶段过渡演化过程中的一种恒星。在亚巨星的演化阶段，恒星的可观测参数，尤其是亮度，对其初始质量和年龄比较敏感，因此这些恒星的年龄相对容易准确确定。

然而，由于亚巨星阶段恒星的快速演化，可观测的亚巨星数量相当稀少。因此，筛选和构建subgiant的大样本需要大规模的调查，这是LAMOST的看家本领。近年来，LAMOST的大规模光谱巡天提供了大量的恒星年龄样本，推动了银河系考古研究的快速发展。

探索银河系的童年伙伴

期待更多来自望远镜的珍贵数据

生茂博士和汉斯沃尔特里克斯教授基于LA MOST巡天光谱数据获得了700万颗恒星的高精度大气参数，利用盖亚巡天数据获得了高精度的恒星光度和运动信息。在此基础上，筛选并构建了包含25万子星的精确恒星年龄样本，平均年龄精度为7%，金属丰度覆盖范围为-2.5(太阳金属含量的1/300)到0.5。

这是首次在银河系如此大的空间范围和如此广泛的金属丰度范围内获得最精确的大样本恒星年龄。这张银河系恒星时代的“巨图”，堪称银河系考古研究的宝藏资料。

以它们为研究对象，天文学家们描绘出了早期银河系形成和演化的清晰图像。银河系从古老的厚盘到银晕，再到夹层薄盘的成长过程，在时间的循环中一一还原。

然而，在宇宙极其遥远的深处，是否存在类似早期银河系的星系，也就是银河系那些失散已久的“童年伙伴”，目前还不得而知。或许在不久的将来，正在日地拉格朗日点L2轨道上进行密集测试的詹姆斯韦伯望远镜会给出答案。