詹姆斯韋伯太空望遠鏡為天文學家提供了一個了解銀河系等星系歷史的新窗口。通過分析111個邊緣星系，研究人員發現星系的形成主要分為兩個階段：早期混亂的厚盤，隨后在其內部形成更平靜的薄盤。即使在100億光年外的星系中也能觀察到這種模式。

這些發現表明，我們銀河系的分層結構并非獨一無二，而是更廣泛星系趨勢的一部分，這為理解星系如何演化、恒星形成，甚至可能如何塑造氧和碳等維持生命的元素提供了新的見解。

許多星系，包括我們自己的銀河系，都擁有一個非凡的結構：一個由恒星組成的扁平旋轉的圓盤。這些恒星圓盤通常由兩部分組成。薄圓盤中富含氧和碳等重元素的年輕恒星，而厚圓盤中則包含更古老、更原始的恒星。這些獨特的組成部分就像宇宙化石一樣，保存著關于星系如何生長、形成恒星以及創造生命必需元素的線索。

直到最近，科學家們才能夠在銀河系和一些鄰近星系中看到這些雙層圓盤。之前的望遠鏡功率不足以從側面觀測到遙遠星系的薄邊緣。

隨著 2021 年詹姆斯·韋伯太空望遠鏡 ( JWST ) 的發射，這一切都發生了改變，它是有史以來最先進、最靈敏的太空望遠鏡。

圖中展示了本研究揭示的星系盤形成的順序：厚盤星系在早期階段占主導地位（下圖），而同時呈現薄盤和厚盤的星系則在宇宙的后期階段更為常見（上圖）。圖片來源：NASA、ESA、CSA、T. Tsukui

目前，一個國際天文學家團隊分析了詹姆斯·韋伯太空望遠鏡捕捉到的111個側向星系。這些側視圖使研究人員能夠清晰地看到遙遠星系的垂直結構，并識別出薄盤和厚盤。

研究小組組長津久井貴文（Takafumi Tsukui，曾就職于澳大利亞國立大學，現就職于東北大學）表示，觀測遙遠的星系就像使用時光機，讓我們能夠看到星系在宇宙歷史中是如何形成其盤狀結構的。

“得益于詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的敏銳視野，我們能夠識別出我們當地宇宙之外星系中的薄盤和厚盤，其中一些可以追溯到 100 億年前。”

研究揭示了一個一致的趨勢：在早期宇宙中，更多星系似乎擁有單一厚盤；而在后期，更多星系呈現出雙層結構，并額外包含一個薄盤。這表明星系首先形成一個厚盤，然后在其中形成一個薄盤。在質量更大的星系中，這個薄盤似乎形成得更早。

磁盤形成的時間線

該研究估計，銀河系大小星系的薄盤形成時間約為80億年前。這一數字與銀河系本身的形成時間相吻合，因為恒星的年齡是可以測量的。

為了理解從厚盤到薄盤的順序形成過程及其相應的形成時間線，研究小組不僅研究了恒星結構，還研究了氣體運動、從阿塔卡馬大型毫米/亞毫米波陣列（ALMA）獲得的恒星直接成分以及文獻中的地面勘測數據。這些觀測結果支持了一種連貫的形成情景：

在早期宇宙中，星系盤富含氣體，且高度湍流

湍流盤中的強烈恒星形成產生了厚恒星盤

隨著恒星盤的形成，它們有助于穩定氣體盤并減少湍流

隨著恒星盤的平靜，在預先形成的厚恒星盤內部形成了一個薄恒星盤

而較大的星系可以有效地將氣體轉化為恒星，更早地形成薄盤

津久井強調，詹姆斯·韋伯太空望遠鏡提供的圖像有助于解答天文學界最大的疑問之一：我們星系的形成是典型的還是獨特的？“詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的圖像為我們提供了一個觀察類似銀河系早期狀態的星系的窗口，為我們提供了關于遙遠星系的寶貴見解。”

研究小組希望他們的研究能夠幫助連接鄰近星系和遙遠星系的研究，并加深我們對星系盤形成的理解。這項研究于2025年6月26日發表在《皇家天文學會月刊》上。

編譯自/scitechdaily