近日，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联合中国科学院大学和中国科学院国家天文台的研究团队，提出了一种测定盖亚-香肠-恩克拉多斯（Gaia-Sausage-Enceladus，GSE）并合时间的新方法。研究团队发现，Splash 星族看起来比其可能的“母体”厚盘更老，并不一定意味着二者的形成历史相互矛盾，而很可能是并合事件与恒星年龄测量误差共同造成的一种观测偏差。在此基础上，团队将 GSE 并合时间约束在距今约 101 亿年前，不确定度约为 2 亿年，这是目前对这一事件发生时间最为严格的时间约束。
相关成果已在《天体物理学杂志快报》（The Astrophysical Journal Letters，ApJL）正式发表。论文第一作者为鲁思汗，黄样副教授和张华伟教授为共同通讯作者，冯齐康为论文共同作者。
银河系最后一次主并合事件
在星系形成的层次并合图景中，大质量星系通过持续吸积较小星系逐步形成和演化。银河系的恒星晕和银盘中至今保留着早期吸积事件的动力学与化学印记，其中 GSE 被广泛认为是银河系经历的最后一次主并合事件，也是塑造银河系恒星晕和早期银盘结构的关键过程之一。
Gaia 天体测量数据表明，一群银河系晕星具有显著的径向轨道，其在速度空间中的分布呈现狭长的“香肠”形结构。这些恒星被认为来自一个约百亿年前落入早期银河系并被潮汐瓦解的矮星系，这一运动学结构被认为对应 Gaia-Sausage/Enceladus 并合遗迹。该并合事件不仅向银河系输入了外来恒星，也对当时已经形成的银盘产生了显著的动力学加热，使部分原本沿近圆轨道运动的盘星进入低角动量、类恒星晕轨道。这一原位形成、随后被加热的星族通常被称为 “Splash”。
准确确定 GSE 并合时间，是重建银河系早期吸积史、厚盘形成过程和银盘动力学演化时间线的关键。以往研究主要依据恒星运动、化学丰度与恒星年龄的关系以及与 GSE 相关球状星团的年龄，将并合时间置于距今约 80 亿至 110 亿年前。受恒星年龄误差、样本选择等因素影响，已有结果的允许范围仍然较宽。
Splash 年龄分布与峰值偏移
在 Splash 主要由 GSE 并合加热早期厚盘形成的标准图景下，Splash 前身与并合前的厚盘恒星属于同一总体，二者应具有相同的本征年龄分布。然而观测显示，Splash 年龄分布相对厚盘整体偏向年老一侧，其峰值比厚盘恒星形成历史的峰值早约 3 亿年。
图1｜厚盘与 Splash 星族的年龄分布。两类恒星大多形成于距今 100 亿年以上；Splash 在高年龄端所占比例更高，其年龄分布峰值相对厚盘向年老方向偏移。
在 GSE 并合过程中，形成于并合之前的部分厚盘恒星受到动力学加热，进入低角动量的类恒星晕轨道并形成 Splash；并合结束后形成的厚盘恒星则不再经历这一加热过程。因此，Splash 本征年龄分布的年轻端在并合时刻被截断，而厚盘在并合后仍可继续形成恒星。
恒星年龄测量误差会使本征年龄分布发生卷积展宽。对于近似对称的厚盘年龄分布，这一过程对峰值位置的影响较小；对于年轻端被截断的 Splash 分布，与年龄误差卷积后，其观测峰值会系统性地向年老方向移动，产生类似爱丁顿偏差的效应。偏移大小与并合时刻有关，因此可以通过比较不同并合时间下模型预测与观测到的峰值偏移，定量约束 GSE 并合时间。
图2｜年龄分布截断与峰值偏移机制。并合前，Splash 的本征年龄分布（蓝线）与同期厚盘恒星的年龄分布（橙线）一致；并合在相应时刻截断 Splash 年龄分布的年轻端。与年龄测量误差卷积后，Splash 的观测年龄分布（绿线）峰值向高年龄方向偏移。不同并合时刻对应不同大小的峰值偏移。
GSE并合时间的定量约束
研究使用了 Xiang & Rix (2022) 构建的亚巨星星表。该星表结合 LAMOST DR7 光谱数据与 Gaia EDR3 天体测量数据，母样本包含 247,104 颗亚巨星，其中 73% 的恒星年龄相对误差小于 10%。亚巨星样本较高的年龄精度为测量厚盘与 Splash 的年龄分布提供了基础。
根据上一节揭示的机制，团队在模型中依次设定不同的 GSE 并合时刻，截断 Splash 本征年龄分布的年轻端，并与实际观测的年龄误差分布卷积，从而建立并合时间与峰值偏移之间的对应关系。研究同时依据每颗恒星的年龄误差进行了 10,000 次蒙特卡洛抽样，以传播测量不确定度。通过比较模型预测与观测到的峰值差，团队最终将 GSE 并合时间限定为距今 101 ± 2 亿年；此外，独立的 Splash 与厚盘恒星数目比分析给出的并合时间约为距今 100 亿至 110 亿年，与峰值偏移方法的结果一致。
图3｜由年龄峰值偏移联合约束 GSE 并合时间。绿色区域表示不同并合时刻在蒙特卡洛模拟中产生的峰值偏移，橙色区域表示观测约束；二者重叠给出与数据相容的参数范围。上方曲线为并合时间的后验概率分布，最优结果约为距今 101 亿年前。
研究意义与模型适用范围
与以往结果相比，这项研究将 GSE 并合时间的约束精度提高了约 5—10 倍，为研究银河系早期主要吸积阶段的结束、厚盘形成及后续银盘演化提供了更精确的时间参照。
这一结果需要在论文采用的模型框架内理解。分析将厚盘恒星形成历史近似为高斯分布，将并合视为一次瞬时截断事件，并采用 Splash 主要由 GSE 加热厚盘形成的标准图景。早期银盘中的大质量团块散射、恒星形成于动力学热轨道等过程，也可能产生类似 Splash 的星族。
该工作同时表明，尽管单颗恒星的年龄误差约为 10%，大样本年龄分布的整体统计特征仍可将一次百亿年前的并合事件限制到约 2 亿年的精度。此外，测量误差通常被视为需要尽量消除的“噪声”；这项研究则表明，当物理事件改变了某分布的边界时，误差会以可预测的方式改变观测分布，这种改变也可以转化为可测量的信号，并用于提取相关物理参数。
未来，Gaia DR4 和星震学将提供数据量更大、更精确的恒星年龄、更完整的运动学信息和纯度更高的星族样本，有望进一步检验模型假设并收紧 GSE 并合时间的限制。
论文信息：
Lu, S., Huang, Y., Feng, Q., & Zhang, H. 2026, “The Epoch of the GSE Merger: Insights from the Splash and Thick-disk Age Distributions,” *The Astrophysical Journal Letters*, 1006, L40.
论文链接：
https://doi.org/10.3847/2041-8213/ae853d
