研究表明，現(xiàn)代盤狀星系總體上由兩個(gè)部分組成：一個(gè)薄盤，包含金屬豐度較高的年輕恒星；以及一個(gè)厚盤，包含金屬豐度較低的年老恒星。薄盤位于厚盤內(nèi)部。天文學(xué)家正在試圖了解這些部分是如何形成的，以及盤狀星系是如何演化的。為了取得進(jìn)展，天文學(xué)家需要從側(cè)面而非正面觀察星系。

天文學(xué)家認(rèn)為，厚盤在星系歷史的早期經(jīng)歷了一個(gè)快速形成階段，而薄盤則在更晚的階段形成，形成時(shí)間更長(zhǎng)。這使得薄盤有更多機(jī)會(huì)從星際介質(zhì)（ISM）中積累金屬。研究人員提出了三種主要機(jī)制來(lái)解釋這兩種盤之間的差異。

第一種是“天生熱”的設(shè)想。這種設(shè)想認(rèn)為，厚盤首先由于強(qiáng)烈的恒星形成而形成。在此階段，盤面劇烈湍流且高溫。最初，這抑制了薄盤的形成。之后，當(dāng)一切平靜下來(lái)后，薄盤與其更年輕、金屬豐度更高的恒星一起形成。

第二種是“漸進(jìn)增厚”理論。該理論認(rèn)為恒星最初在星盤中平面附近形成。然后，由于密度波動(dòng)或來(lái)自巨分子云、星系相互作用或合并、螺旋臂，甚至可能是巨型團(tuán)塊的擾動(dòng)，星盤逐漸升溫增厚。

第三種情景是非原位情景。該情景認(rèn)為合并或吸積是厚盤形成的必要條件。然而，目前的觀測(cè)似乎并不支持這種說法。

一組研究人員在他們的新論文中解釋道：“所有機(jī)制都可以解釋銀河系兩個(gè)

圓盤觀察到的定性特征，而且它們不一定是互相排斥的。”

研究人員檢查了111張詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡（JWST）拍攝的側(cè)向盤狀星系圖像。

這些星系的排列使得JWST能夠觀測(cè)到它們的垂直盤狀結(jié)構(gòu)?！皞?cè)向星系的獨(dú)特之處在于可以直接研究其盤狀垂直結(jié)構(gòu)以及薄盤和厚盤成分的分解，”作者在研究中寫道。

“在本文中，我們利用不斷增加的JWST公開圖像，通過仔細(xì)的目視檢查構(gòu)建了一個(gè)側(cè)向星系樣本，并首次研究了宇宙學(xué)紅移高達(dá)紅移?（大約10億年前）的薄盤和厚盤結(jié)構(gòu)，”他們寫道。

這項(xiàng)研究的這張圖顯示了研究人員樣本中四分之一的側(cè)向星系。它們按紅移遞增的順序排列。

并非所有這111個(gè)星系都由兩個(gè)圓盤組成。

“在我們的樣本中，我們發(fā)現(xiàn)28個(gè)星系由單個(gè)圓盤成分構(gòu)成，39個(gè)星系由單個(gè)圓盤+核球構(gòu)成，19個(gè)星系由兩個(gè)圓盤成分構(gòu)成，25個(gè)星系由兩個(gè)圓盤成分+核球構(gòu)成?！毖芯咳藛T解釋道。

作者寫道：“盡管宇宙時(shí)間上的基線很寬，但我們?cè)跇颖局邪l(fā)現(xiàn)了一些測(cè)量的圓盤參數(shù)之間明確的相關(guān)性?！?/p>

觀測(cè)表明，盤狀星系遵循著一個(gè)明顯的趨勢(shì)。在早期宇宙中，更多的星系只有一個(gè)厚盤。但在后期，更多的星系具有雙層結(jié)構(gòu)，并額外包含一個(gè)薄盤部分。

這一證據(jù)支持了星系形成始于厚盤，薄盤后來(lái)形成的觀點(diǎn)。觀測(cè)還表明，質(zhì)量更大的星系更早地形成了它們的薄盤。

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(dǎo)地位（下圖），而同時(shí)呈現(xiàn)薄盤和厚盤的星系則在宇宙的后期階段更為常見（上圖）。

通過測(cè)量銀河系中恒星的年齡，并將其與111個(gè)星系進(jìn)行比較，研究人員確定類似銀河系的星系中薄盤的形成時(shí)間約為80億年前。

研究小組還研究了這些星系中的氣體運(yùn)動(dòng)和恒星結(jié)構(gòu)，以了解厚盤和薄盤的順序形成過程。他們的觀測(cè)結(jié)果支持“天生熱”的假說。

他們發(fā)現(xiàn)，早期宇宙中的星系盤是湍流的，富含氣體。湍流盤中存在著強(qiáng)烈的恒星形成，最終形成了厚厚的恒星盤。隨著這些初始星系盤的發(fā)育，它們逐漸穩(wěn)定下來(lái)，湍流也隨之減弱。一旦星系盤恢復(fù)平靜，一個(gè)由更古老、更低金屬豐度恒星組成的新星系盤就會(huì)在由更古老、更低金屬豐度恒星組成的星系盤內(nèi)部形成，新星系盤由更年輕、更高金屬豐度的恒星組成。

研究小組還發(fā)現(xiàn)，質(zhì)量最大的盤狀星系將氣體轉(zhuǎn)化為恒星的效率更高，而且它們形成薄盤的速度比質(zhì)量較小的星系更快。“在大質(zhì)量星系中，從單盤到雙盤的轉(zhuǎn)變發(fā)生在大約80億年前，比在低質(zhì)量星系中大約40億年前的轉(zhuǎn)變略早，”他們解釋道。

觀測(cè)和分析還表明，兩個(gè)盤狀結(jié)構(gòu)成分的形成并非連續(xù)的。相反，這兩個(gè)過程是重疊的。“盡管本研究揭示了由厚盤到薄盤的形成過程，但其主要順序性表明了兩個(gè)盤狀結(jié)構(gòu)共同演化，厚盤隨著星系的增長(zhǎng)而不斷增長(zhǎng)（盡管其增長(zhǎng)效率低于薄盤）。

這張圖展示了兩個(gè)星系盤如何同時(shí)形成和演化，而非嚴(yán)格按順序進(jìn)行。圖中繪制了兩個(gè)星系盤分解后的薄盤和厚盤質(zhì)量與它們的總恒星質(zhì)量的關(guān)系圖。

藍(lán)色三角形代表薄盤測(cè)量值，紅色方塊代表厚盤測(cè)量值，本研究涵蓋了紅移范圍0.1-2。為了進(jìn)行比較，藍(lán)點(diǎn)和紅點(diǎn)分別代表紅移z=0時(shí)的薄盤和厚盤測(cè)量值。

雖然這些觀測(cè)主要關(guān)注遙遠(yuǎn)而古老的星系，但它們也揭示了一些關(guān)于我們自身星系演化過程的信息?！罢材匪埂ろf伯太空望遠(yuǎn)鏡的圖像為我們提供了一個(gè)觀察類似銀河系早期狀態(tài)的星系的窗口，為我們提供了關(guān)于遙遠(yuǎn)星系的寶貴見解，