由北京大学物理学院天文学系、北京大学科维理天文与天体物理研究所以及中国科学院大学研究人员牵头的团队，构建了迄今最大的内银河系贫金属巨星三维化学动力学信息集。该研究于2026年3月发表于国际天文学期刊The Astrophysical Journal Letters，北京大学物理学院天文学系博士生孙胜蓝为第一作者，共同通讯作者包括中国科学院大学黄样副教授、北京大学姜方周助理教授和张华伟教授。研究团队揭示了内银河系的一个极贫金属([Fe/H]< −2)成分，并首次尝试将内银河系的形成历史与高红移星系形成的“蓝致密核球”物理图景相联系。通过结合窄带和中带测光巡天数据、Gaia天体测量数据以及视向速度巡天数据，研究人员构建了一个包含5,095,676颗巨星的样本，其中包括1,717,610颗贫金属([Fe/H]< −1)巨星，并覆盖低至[Fe/H] ≈ −3.5的甚贫金属巨星。
星系中恒星的金属丰度记录了其形成历史的重要信息，可作为星系演化的时间线索。贫金属恒星属于现存最古老的恒星族群之一，是追踪银河系最早组装历史的关键示踪物。
本工作的贫金属恒星样本显示，在−4 ≲ [Fe/H] < −1的金属丰度范围内，贫金属恒星形成了一个向银河系中心集中的扁球状结构，并延伸至银心距约15 kpc。这一发现为内银河系保留了银河系原初阶段的大量遗迹恒星族群提供了有力证据。
图 1： 内银河系贫金属巨星的侧视分布。在−4 ≲ [Fe/H] < −1的金属丰度范围内，这些恒星呈现出向银河系中心集中的扁球状结构。
在相对于Gaia DR3修正选择效应后，研究团队发现，内银河系恒星的金属丰度分布函数中存在一个明显的极贫金属成分，其峰值位于[Fe/H] ≈ −2.7。该成分在银心距15 kpc以内的范围内均可见，但在中心1–3 kpc区域最为突出，在该径向区间内，该成分占恒星总数的约6%。
图 2： 内银河系恒星的金属丰度分布函数。最左侧的高斯峰对应[Fe/H] ≈ −2.7的极贫金属峰，该峰在银心距1–3 kpc区域最为显著。
研究团队进一步分析了这些恒星的运动学性质，并发现恒星的沿着银盘面的旋转速度随金属丰度呈现清晰变化。在银心距15 kpc范围内，金属丰度为−3.5 ≲ [Fe/H] ≲ −1.4的恒星仅表现出较弱的旋转支撑（定义为旋转速度和旋转速度弥散的比值），暗示银河系最早组装阶段形成的恒星族群是动力学热的。到[Fe/H] ≈ −1.4附近，恒星运动开始显著转向由旋转主导的盘结构，标志着银盘的形成。
受到某一特征金属丰度处旋转支撑显著增强这一现象的启发，研究团队提出，内银河系的极贫金属成分可能是一次早期耗散性组装事件的遗迹。在现代高红移星系形成理论中，这类阶段被称为“蓝致密核球”阶段。
蓝致密核球阶段是早期宇宙中一种高度活跃的恒星形成阶段，由高度耗散、富气体的致密化事件产生。这些事件可由富气体并合、反向旋转冷流或剧烈盘不稳定性等过程触发，将气体驱入星系中心，引发强烈星暴，并快速重塑星系的结构和运动学性质。现代模拟进一步表明，稳定的星系盘通常在这一阶段之后才形成，而中心致密的“核”则为随后盘的增长提供引力锚点。
图 3： 高红移星系演化中“蓝致密核球”阶段的示意图，摘自 Lapiner et al. 2023。在现代宇宙学模拟中，类似银河系这样的稳定、延展星系盘通常在致密化驱动的蓝致密核球形成阶段之后才出现。
“本工作的一个亮点结果是在银河系中心1–3 kpc区域发现了一个显著的极贫金属成分，其峰值位于[Fe/H] ≈ −2.7，”论文的第一作者孙胜蓝表示，“这一恒星族群为研究银河系最早期的组装历史提供了一个具体的观测目标。”
“这项工作展示了现代窄带和中带测光巡天在银河系考古学中的强大能力，”中国科学院大学副教授、论文共同通讯作者黄样表示，“借助数百万颗贫金属恒星，我们现在能够在以往难以进行统计研究的甚贫金属丰度范围内追踪内银河系的化学结构。”
“金属丰度、距离和运动学信息的结合，使我们能够超越单纯的空间分布研究，”北京大学物理学院天文学系教授、论文共同通讯作者张华伟表示。“内银河系不仅保存着原初银河系的化学记忆，也保存着其动力学记忆。”
“蓝致密核球图景为近场银河系考古学和高红移星系形成理论之间搭建了一座物理桥梁，”北京大学科维理天文与天体物理研究所助理教授、论文共同通讯作者姜方周表示。“多方面证据表明，银河系的组装早于同等质量的典型星系。如果确实如此，我们的银河系可能在宇宙黎明时期就已经达到蓝致密核球阶段对应的特征质量。这意味着，许多由Gaia和银河系考古揭示的吸积事件，可能发生在银河系前身经历致密化阶段之后。如果这一图景成立，它将通过把许多已知的银河系组装事件置于一个致密化之后的演化阶段中，深化我们对银河系形成历史的理解。我们目前正在内银河系的贫金属恒星中寻找支持这一可能性的线索。”
论文信息
Shenglan Sun, Yang Huang, Fangzhou Jiang, Huawei Zhang, et al.,
A 3D Chemodynamical Census of Inner-Galaxy Metal-poor Giants to [Fe/H] ∼ −3.5
The Astrophysical Journal Letters, 1000, L27 (2026)
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ae4aab
