詹姆斯韦伯太空望远镜揭开星系如何成型的百亿年之谜

迄今为止，薄盘和厚盘结构仅在银河系及邻近星系中被识别出来。使用以往的望远镜，无法区分从侧面观测的遥远星系的薄盘边缘。

随着2021年詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）的发射，这一局面得以改变。该望远镜是目前太空中最大的望远镜。

一个国际研究团队检查了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够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间机器，使我们能够了解星系如何在宇宙历史中构建其盘状结构。

"得益于JWST的清晰视野，我们成功识别了本地宇宙之外星系的薄盘和厚盘结构，其中一些可追溯至100亿年前。"

研究揭示了一个一致趋势：在早期宇宙中，更多星系似乎仅具有单一厚盘结构；而在后期，更多星系呈现出包含额外薄盘组件的双层结构。这表明星系首先形成厚盘，随后在其内部形成薄盘。在质量更大的星系中，这种薄盘似乎形成得更早。

该研究估计，银河系大小的星系其薄盘形成时间约为80亿年前。这一数字与银河系本身的形成时间线吻合，后者的恒星年龄可被测量。

为理解所揭示的从厚盘到薄盘的顺序形成过程及相应时间线，团队不仅研究了恒星结构，还结合了文献中阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列（ALMA）及地面巡天获得的恒星直接成分——气体运动数据。这些观测支持了一个连贯的形成场景：

• 早期宇宙中，星系盘富含气体且高度湍动
• 湍动盘中的强烈恒星形成催生厚恒星盘
• 随着恒星盘发展，它们有助于稳定气体盘并减少湍动
• 当盘面趋于平静时，薄恒星盘在预先形成的厚恒星盘内部形成
• 较大星系能更高效地将气体转化为恒星，从而更早形成薄盘

冢井强调，JWST提供的图像帮助解答了天文学的核心问题之一：我们星系的形成是典型还是独特的？"JWST图像为我们打开了观测类似银河系早期状态星系的窗口，带来了来自遥远星系的宝贵洞见。"

该团队希望其研究能架起邻近星系与遥远星系研究的桥梁，并完善我们对盘状结构形成的理解。此项研究于2025年6月26日发表在《皇家天文学会月报》期刊上。