詹姆斯·韦伯太空望远镜揭开百亿年星系演化方式之谜

迄今，薄盘和厚盘仅在银河系及邻近星系中被识别。以往望远镜无法分辨侧向观测时遥远星系的薄盘边缘。

随着2021年詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST）的发射，这一局面得以改变——它目前是太空中最大的望远镜。

一个国际研究团队分析了111张JWST拍摄的遥远侧向星系图像，这些星系的排列方式使研究人员能观测其垂直盘状结构。

研究团队负责人冢井孝文（原澳大利亚国立大学，现任职于日本东北大学）表示，观测遥远星系如同使用时光机，让我们得以窥见星系如何跨越宇宙历史构建其盘状结构。

"得益于JWST的锐利视野，我们成功识别了本星系群之外的星系中的薄盘与厚盘，部分星系可追溯至100亿年前。"

研究揭示出持续性趋势：早期宇宙中更多星系呈现单一厚盘结构，而后期星系则普遍展现双层结构——额外叠加薄盘成分。这表明星系首先形成厚盘，随后在其内部形成薄盘。质量更大的星系中，这一薄盘形成时间似乎更早。

研究估算银河系规模星系的薄盘形成时间约为80亿年前。该数据与银河系自身形成时间线吻合——银河系恒星的年龄可被精确测量。

为理解从厚盘到薄盘的序列形成过程及对应时间线，团队不仅考察了恒星结构，还结合了气体运动数据（通过阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列ALMA及文献记载的地基巡天获得的气体是恒星直接原料）。这些观测支撑了连贯的形成场景：

• 早期宇宙中，星系盘富含气体且高度湍流
• 湍流盘中剧烈的恒星形成催生厚恒星盘
• 随着恒星盘发展，它们稳定气体盘并降低湍流强度
• 当星系盘趋于平静，薄恒星盘在预先形成的厚恒星盘内部诞生
• 较大星系能更高效地将气体转化为恒星，故更早形成薄盘

冢井强调，JWST提供的图像解答了天文学核心问题之一：银河系的形成是普遍现象还是特例？"JWST图像为我们打开了观测类银河系早期状态星系的窗口，从遥远星系带回宝贵洞见。"

团队希望其研究能连通近域星系与遥远星系研究，并完善人类对盘状结构形成的认知。该成果已于2025年6月26日发表于《皇家天文学会月报》。