银河系分两个阶段把自己压扁

我们银河系的盘通常被描述为“二合一”：一个薄盘，动力学上较“冷”且较年轻；一个厚盘，较“热”且较古老。恒星保留着它们在何处、如何形成的记忆，这使它们成为银河系组装过程的化石——这正是银河考古学的研究对象。

众所周知，越老的恒星分布得离银盘平面越高。但为什么？有两种解释相互竞争：

• 缓慢加热：恒星诞生于一层又薄又冷的气体中，在数十亿年间，巨分子云、旋臂和中央棒不断扰动它们的轨道，使它们越飘越高。
• 自上而下形成：年轻银河系的气体盘本身就是厚的、湍动的，受到大量吸积、并合以及强烈反馈的搅动；老年恒星只是生来就厚，之后气体冷却并沉降下来。

要区分这两种解释，需要为完整的恒星样本测定精确年龄——尤其是在事情进展迅速的最早期。

靠“群体”为恒星定年

加那利天体物理研究所的大卫·米拉瓦尔（David Mirabal）、卡梅·加利亚特（Carme Gallart）及其同事，与格拉纳达、泰拉莫和维多利亚（加拿大）的合作者一起参与了ChronoGal项目。他们不是逐颗为恒星定年，而是用合成恒星族群的组合来拟合太阳附近恒星的整个颜色–星等图，这些数据由欧洲盖亚卫星（第三次数据发布）测得。结果是一张显示每个年龄和金属丰度下形成了多少恒星的分布图，年龄精度优于5%——对最古老的恒星而言约为5亿年。

他们研究了距银盘平面1千秒差距以内的恒星，将其分为运动学上较“冷”的样本和较“热”的样本，按高度切成八层，并对选择过程中遗漏的恒星进行了校正。随后，一种聚类算法把恒星归入年龄和金属丰度近乎单一的族群。团队为每个族群测量了标高——即该族群通常在银盘平面上方延伸多远。

节奏骤变

恒星族群的厚度与年龄的关系：最古老的族群陡降，在108.5亿年前的转折之后缓慢下降。颜色表示金属丰度。——图2，Mirabal等（2026），arXiv:2610.03164。

族群越年轻，就越贴近银盘平面。但这种关系并不是一条直线。用两段直线拟合，发现转折点位于108.5亿年前（误差约1.3亿年）：

• 转折之前：厚度每十亿年减少约1.88千秒差距。最古老的族群延伸超过1.26千秒差距——其中最古老的两个甚至更高，约为1.75和2.10——而在仅仅约20亿年内，厚度就降到约0.5千秒差距。
• 转折之后：变薄速度放缓到每十亿年仅0.038千秒差距。最年轻的族群厚度约为0.1千秒差距，而今天诞生的恒星将延伸到约0.12千秒差距。

早期速率的不确定性很大，但两种状态明显不同。即使是比转折点只老一点、年龄约110亿年的族群，也比整个厚盘（约0.9千秒差距）更厚。用简单均匀的年龄和金属丰度网格代替自动划分的族群进行检验，这一转折依然存在。

生来就厚

作者认为，仅靠缓慢加热无法解释如此迅速的早期沉降：频繁的并合会让年轻的银盘一直保持“热”状态，直到约100亿年前最后一次大并合事件（作者称之为GSE）。相反，数据支持早期阶段的自上而下形成。湍动的气体在几十亿年间冷却并沉向中央平面，形成了厚盘；化学定义上的厚盘在约110亿年前就已成形。

此后，大致在那次并合之后，银河系进入了一个较平静的时代，气体在此期间逐渐沉降，建立起我们今天看到的薄盘。对于这一较晚的时期，仅凭数据还无法区分是缓慢加热还是缓慢沉降。这一图景与类银河系星系的宇宙学模拟相符，也与最近对银河系“自旋加速”成为旋转盘的定年结果一致。

用作者的话说，最古老恒星的巨大高度“不仅仅是长期缓慢动力学加热的结果，而是早期银河系组装阶段留下的结构化石”。