恒星很大程度上保留了它诞生时所处环境的化学成分 ， 通过分析恒星的化学成分可以追溯它们的起源 。 恒星光谱就像是恒星的DNA ， 通过光谱 ， 天文学家可以确定恒星的温度、金属元素丰度（含量）等 ， 破解恒星的“身世之谜” 。
郭守敬望远镜可以同时观测4000个天体 ， 发布了千万量级的恒星光谱数据 ， 得益于郭守敬望远镜银河系巡天等项目的开展 ， 获取大样本恒星的年龄已在过去几年内逐渐成为现实 。 尽管解决了“大样本”的问题 ， 但之前的研究获取的恒星平均年龄误差为20%或更大 ， 误差为10%的恒星样本很小 ， 样本的空间和参数范围也十分受限 。
“所以此次 ， 我们选择恒星中的亚巨星作为研究对象 。 ”向茂盛解释说 ， 亚巨星是处于恒星主序演化阶段向红巨星演化阶段短暂过渡的恒星 ， 在知道元素丰度的情况下 ， 其光度和年龄具有非常好的一一对应关系 ， 而且不同年龄恒星的光度相差较大 。 因此一旦知道了它们的元素丰度和光度 ， 它们的年龄就比较容易被精确测定 。
但另一方面 ， 恒星在亚巨星阶段的演化十分迅速 ， 处于确定年龄“窗口期”的亚巨星比较稀少 。 利用郭守敬望远镜光谱大数据 ， 向茂盛精确测定了700万颗恒星的大气参数 ， 并结合盖亚望远镜数据得到了高精度的恒星光度和轨道运动学参数 。 从这700万颗恒星中筛选出25万颗亚巨星 ， 测定出它们的精确年龄 ， 样本平均年龄误差为7% ， 金属元素丰度覆盖范围从-2.5（太阳金属含量的300分之一）到0.5（太阳金属含量的3倍） ， 空间覆盖范围达3万光年 。
这是首次在银河系如此广阔的空间范围和恒星金属丰度范围内 ， 获取如此大样本恒星的高精度年龄 ， 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 。
银河系演化历史分成两个明确阶段
按照运动特征和化学DNA（元素丰度）鉴定 ， 研究人员把这25万颗恒星划分成两组：一组是形成于动力学相对宁静过程的银河系延展薄盘的恒星；另一组是形成于动力学剧烈湍动过程的银晕和厚盘的恒星 。
研究团队发现 ， 这两组恒星的年龄以大约80亿年为界 ， 同样被清晰地分成截然不同的两组 。 也就是说 ， 从时间上看 ， 银河系的集成和演化历史分成两个明确的阶段 ， 从130亿年前到80亿年前的早期阶段和80亿年前至今的晚期阶段 。 早期阶段形成了银河系的厚盘和银晕 ， 晚期阶段形成了银河系薄盘 。
超高的时间分辨率使得研究团队得到了清晰的银河系早期集成和增丰（金属元素含量累积）图像：银河系厚盘恒星从130亿年前就已经开始形成 ， 这距离宇宙大爆炸仅仅过去8亿年时间 。 最古老的厚盘恒星甚至要比银河系内晕恒星年老约20亿年（银晕主要指内晕） 。 银河系内晕结构被认为主要是“百手巨人”恩塞拉都斯矮星系（Gaia-Sausage-Enceladus ， GSE）碰撞银河系并被吸积并合时形成的 。
“也就是说 ， 早期厚盘比主要恒星银晕结构早20亿年形成 。 这也意味着 ， 在回答银晕和银盘何时形成时 ， 答案是——银盘早于银晕形成 ， 这为早期银河系形成提供了一幅时间轴上的清晰图像 。 ”向茂盛说 。
矮星系撞击事件加速厚盘形成
解决了“何时形成”的疑问 ， 那么银晕和银盘是“如何形成”的？
经过进一步研究 ， 向茂盛等人发现 ， 厚盘的形成一直持续了从130亿年前到80亿年前的大约50亿年时间 ， 其间金属元素含量增加了30倍 。 然而 ， 大多数厚盘恒星却形成于约110亿年前的一次集中爆发 。 与此同时 ， 他们通过年龄数据研究发现 ， 矮星系GSE与早期银河系并合发生的时间大约也是在110亿年前 ， 这比前人认为的早了10亿年 。 两个年龄高度吻合 ， 研究团队认为这绝非偶然 ， 而是强烈暗示了厚盘的恒星形成活动受到了GSE撞击事件的显著激发 。