在觀測到的宇宙中，擁有星系盤的星系通常包含一個厚實且充滿恆星的外盤與一個嵌入其中的薄盤。例如我們的銀河系，其厚盤為3,000光年高，而薄盤則約為1,000光年厚。
這種雙重結構是如何形成的？又是為何形成？形成的順序是什麼？透過分析 NASA詹姆斯・韋伯太空望遠鏡（JWST）多項觀測計畫的資料，一組天文學家更接近這些問題的解答，並進一步理解星系盤狀結構的起源。研究團隊精心識別、目視確認並分析了一組統計樣本，涵蓋111個以側面角度觀察的星系，觀測時期橫跨宇宙至今約110億年（約為大爆炸後28億年）。有了韋伯的解析度與能穿透塵埃、突顯黯淡古老恆星的能力，科學家能夠辨識星系的雙重盤結構，並分別測量其厚度。這是首次針對厚度不同的盤面結構進行如此遙遠的觀測，彌補了早期宇宙與探索我們銀河歷史的「銀河考古學」之間的空白。
分析這111個觀測目標隨宇宙時間演化，研究團隊指出：星系會先形成厚盤，再形成薄盤。這一過程發生的時間與星系的質量有關，高質量的單盤星系約在 80億年前轉變為雙盤結構；相對地，低質量的單盤星系則在較晚時期（約40億年前）才形成嵌入的薄盤。
圖說：天文學家利用NASA詹姆斯・韋伯太空望遠鏡的資料分析了111個側面觀測的星系樣本。研究團隊的分析顯示，厚盤會先形成，接著才是薄盤。這個過程何時發生，則取決於星系的質量。Credit: NASA, ESA, CSA, T. Tsukui (Australian National University).https://webbtelescope.org/contents/media/images/2025/121/01JXX1VW72P72PD1XRW2VNVADC?news\=true
為了說明星系從單一厚盤過渡到厚盤與薄盤並存的結構，以及高質量與低質量星系之間在這個過渡上的時序差異，研究團隊除了初步分析的側面觀察星系樣本外，也進一步檢視來自ALMA及地面觀測計畫所提供的氣體動態資料。透過考量星系氣體盤的運動，團隊發現他們的結果與「氣體盤湍流理論」（turbulent gas disk）一致，這是目前用來解釋厚盤與薄盤形成過程的三大假說之一。根據此假說，在早期宇宙中，氣體盤處於劇烈湍流狀態，引發強烈的恆星誕生活動，進而形成厚盤。隨著恆星的形成，氣體盤逐漸穩定，湍流減弱，因此盤面變得更薄。由於高質量星系能更有效率地將氣體轉化為恆星，它們比低質量星系更早趨於穩定，因此也更早形成薄盤。研究團隊指出，厚盤與薄盤的形成並非彼此獨立事件：厚盤會隨著星系演化持續增長，雖然增長速度不如薄盤那樣快速。
韋伯望遠鏡使天文學家首度能在早期宇宙清晰觀測到較小、較暗的星系，這些星系與銀河系有相似之處。在本研究中，團隊指出從厚盤過渡到雙重盤的時期與銀河系薄盤的形成時期大致重疊。有了韋伯望遠鏡，天文學家將能更深入探查與銀河系相似的前身星系，進一步解釋我們家園的形成歷史。未來，研究團隊計畫將更多資料納入其側面星系樣本中。
本研究成果已於6月26日發表於《皇家天文學會月報》（Monthly Notices of the Royal Astronomical Society）。
資料來源：NASA
論文資訊：Takafumi Tsukui et al, The emergence of galactic thin and thick discs across cosmic history, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2025). DOI: 10.1093/mnras/staf604
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