詹姆斯·韦伯太空望远镜揭开星系自我形成的百亿年之谜

迄今为止，薄盘和厚盘仅在银河系和邻近星系中被识别出来。使用以往的望远镜，当从侧面观察遥远星系时，无法区分其薄边缘。

随着2021年詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST）的发射，这一情况发生了改变。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结构。

领导该研究团队的冢井孝文（原澳大利亚国立大学，现任职于东北大学）表示，观测遥远星系就像使用时间机器，使我们能够看到星系在宇宙历史中是如何构建其盘状结构的。

“得益于JWST的敏锐视觉，我们得以在本地宇宙之外的星系中识别出薄盘和厚盘，其中一些可追溯至100亿年前。”

研究揭示了一个一致的趋势：在早期宇宙中，更多星系似乎仅具有单一的厚盘结构；而在较晚时期，更多星系显示出双层结构，即额外增加了一个薄盘成分。这表明星系首先形成厚盘，随后在其内部形成薄盘。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相符，后者的恒星年龄是可以测量的。

为了理解揭示出的从厚盘到薄盘的顺序形成过程及相应的形成时间线，团队不仅检查了恒星结构，还分析了气体的运动。这些恒星形成的直接成分数据源自文献中阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列（ALMA）的观测以及地面巡天。这些观测支持了一个连贯的形成场景：

• 在早期宇宙中，星系盘富含气体且高度湍流
• 湍流盘中的剧烈恒星活动催生了厚恒星盘
• 随着恒星盘的发展，它们有助于稳定气体盘并减少湍流
• 当盘体趋于平静时，薄恒星盘在先前形成的厚恒星盘内部形成
• 而更大的星系能更有效地将气体转化为恒星，从而更早形成薄盘

冢井强调，JWST提供的图像有助于回答天文学中最大的问题之一：我们星系的形成是典型的还是独特的？ “JWST图像为我们打开了观察类银河系早期状态星系的窗口，带来了来自遥远星系的宝贵见解。”

该团队希望他们的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。该研究于2025年6月26日发表在《皇家天文学会月刊》（Monthly Notices of the Royal Astronomical Society）杂志上。