通过詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）的前沿观测，科学家首次在约100亿年前（红移z≈3.25）的早期宇宙中探测到星系薄盘与厚盘并存的结构。这一发现挑战了传统星系演化模型，揭示了薄盘和厚盘协同演化的新图景：
1. **厚盘的早期形成机制**
观测显示，早期厚盘具有高恒星质量（3.7×10¹¹ M⊙）和大尺度半径（半光半径9.6 kpc），其动力学特征与现代巨盘星系相似，但形成于宇宙年龄仅20亿年的高密度环境中。这种环境中的频繁合并事件和富含气体的原星系吸积，可能通过携带连贯角动量的气体快
长久以来，薄盘与厚盘结构仅在银河系及邻近星系中被确认。由于分辨率的限制，过往望远镜难以分辨遥远侧视星系的薄盘边缘结构。
随着2021年詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）的发射，这一局面发生根本性转变。作为当前最大空间望远镜，其近红外相机（NIRCam）具备0.6-5微米成像能力，可穿透尘埃遮蔽区域解析星系垂直结构。
国际研究团队对111个JWST侧视星系样本进行分析，首次在红移z≈1-3（对应宇宙年龄30-80亿年）的星系中系统识别出双层盘结构。主导研究的塚本昂文指出："JWST的分辨率相当于宇宙时间机器，揭示了百亿年前的厚薄盘演化轨迹"。
研究发现三个关键演化特征：
- 结构演化序列：早期宇宙（z>2）星系普遍呈现单层厚盘结构，约80亿年前（z≈1）开始出现薄盘成分，符合银河系薄盘形成时间线；
- 质量依赖效应：大质量星系更早完成薄盘形成（如银河系质量级星系约80亿年前），而低质量星系延迟至50亿年前；
- 动力学演化机制：早期气体丰富且湍流强烈（速度弥散σ>50 km/s），促使厚盘形成；随着恒星形成消耗气体，盘面稳定性增强（Toomre Q参数升高），触发薄盘形成。
结合ALMA毫米波观测，研究揭示气体动力学演化与恒星盘形成的耦合过程：厚盘形成期对应分子云湍流主导的碎裂模式（Jeans长度>100 pc），而薄盘形成阶段转为更有序的径向物质输运。这种现象与银河系化学丰度分布中厚盘高[α/Fe]、薄盘低[α/Fe]的特征形成机制相呼应。
塚本团队特别强调，这项研究通过两个关键证据证实银河系演化模式的普遍性：
- JWST近红外光谱在z≈2星系中检测到类似银河系厚盘的强Hα发射线与弱金属吸收线特征；
- 恒星质量表面密度-星系半径关系与本地星系呈现连续演化序列。
该发现为星系形成理论提供重要约束：层级合并模型需调整反馈效率以匹配观测到的厚盘形成时标，而内落模型则需要解释质量依赖的薄盘形成延迟。研究团队建议后续结合欧南台ELT光谱仪进行动力学验证，并利用JWST中红外仪器（MIRI）追踪尘埃消光对垂直结构测量的影响。