银河系的“双盘”形状可能在星系中很常见

银河系远不止肉眼所见。这股银色的流星划过夜空，只是构成我们银河系的复杂恒星群的一部分。天文学家将这种风车状的星云称为“薄盘”，它位于一个更蓬松的“厚盘”内，厚盘由比它高几倍的恒星组成，有点像波士顿奶油甜甜圈里的馅料。

但是这两个圆盘从何而来？它们是宇宙童年创伤留下的伤疤，还是星系成熟的必然标志？由于只有一个样本星系（我们自己的星系）可供详细研究，天体物理学家和天文学家一直在努力找到一个起源故事。现在，一项新的调查发现了迄今为止最有力的证据，证明邻近星系中存在类似的圆盘。这一发现表明，银河系的双圆盘是一种常见的星系演化，而不是某些非凡过去的独特结果。这证实了我们的星系作为理解整个宇宙星系的有力例子的潜力。

“我们可以从银河系中吸取所有这些经验教训，并将它们应用到所有其他星系中，”悉尼大学天文学家、新研究的合著者杰西·范德桑德 (Jesse van de Sande) 表示。“但这只有在银河系并不特殊的情况下才有效。”

两个磁盘的两个故事

实际上，天文学家根据银河系的成分来区分两个盘面。薄盘面的恒星游弋在金属之中（从天文学家的独特视角来看，金属是指所有比氢和氦重的元素），而厚盘面恒星中的“金属”则相当罕见。

这种差异建立了一个粗略的时间表，让天体物理学家知道“何时”。厚盘恒星首先形成，直接来自年轻宇宙中窒息的氢和氦气云。其次，薄盘恒星在数亿年后开始形成，那时早期的恒星有时间形成更重的元素并爆炸，向四面八方喷出金属。

但要弄清楚“如何”做到这一点却非常棘手。为了得到两个清晰的圆盘，在第一个圆盘时代和第二个圆盘时代之间过渡时，整个星系的恒星形成过程一定发生了某种过程，大大减缓了恒星的形成。

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目前有两种主流理论。或许年轻的银河系在第一个盘状结构形成后与一个类似大小的星系相撞，导致星系中的气体和尘埃被搅动得过于剧烈，以致恒星无法通过引力将自身聚集在一起。

或者，这两个盘可能是由两种不同类型的超新星形成的，每种超新星都以不同的方式产生金属。早期，所谓的“核心坍缩”超新星很常见，因为导致它们形成的巨星数量众多。在星系的大恒星爆炸后，另一种类型的超新星（可能是由较小的恒星碰撞引起的）将占据主导地位。

这场争论影响深远。天文学家对星系的了解大部分基于银河系，因为银河系是他们能看得最清楚的星系。但如果银河系的大规模特征是数十亿年前的一次碰撞所致，那么研究人员就有可能将他们的理论建立在一个孤独、畸形的星系上。

“如果事实证明银河系的独特之处在于 80 亿年前的某次合并事件，那么将我们的银河系作为所有其他星系的模板的整个图景就会土崩瓦解，”范德桑德说。

一个不太远的星系

为了查明银河系是否是个怪异的星系，范德桑德和他的同事们将智利甚大望远镜 (VLT) 的多单元光谱探测器 (MUSE) 对准了九个星系，这些星系都相对较近，大小和形状与银河系大致相似。该团队通过观察星系的“金属”分布来寻找类似双盘结构的证据，以检查它们是否与天文学家在我们自己的双盘星系中看到的一致。

此前，人们试图找出金属丰度的模式，但都没有定论，因为大多数望远镜将遥远的星系视为单个光点。但 MUSE 可以同时对星系内的数千个点进行成像。“它产生的图像几乎和哈勃一样好，”悉尼大学的合著者 Nicholas Scott 说。

他们七次观测都取得了成功，于是他们开始分析从地球看最靠近边缘的星系的金属分布情况，推测其方向将有助于薄盘从厚盘中突出。他们的推测是对的。

“我们观察的第一个星系，砰，我们马上就得到了双峰恒星分布，”或者说薄盘和厚盘的组合，范德桑德说。第二个双盘星系的存在表明银河系相当普通，也许是因为这两种类型的超新星在大多数螺旋星系中自然会产生薄盘和厚盘。该小组于 5 月 24 日在《天体物理学杂志快报》上发表了他们的研究结果。

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这一发现并不十分明确。甚至连 MUSE 都无法对其他星系中的单个恒星进行成像，因此金属分布比天文学家为银河系收集到的分布更模糊。“这就像将苹果与几乎类似苹果的东西进行比较，”斯科特说。

虽然两个星系都拥有盘状结构总比一个星系好，但这一发现并不排除两个星系在年轻时都经历过剧烈碰撞的可能性。模拟发现，这种碰撞大约发生在 20 个星系中的 1 个——虽然很少见，但也不是特别多。为了加强他们的结果，天文学家计划分析他们拥有数据的其余六个星系，并最终返回 VLT 扩大搜索范围。“下一步是要大干一场，”范德桑德说。

目前，天文学家可以稍微放心一点，因为他们可能已经对一个非常标准的星系有了最佳的视野。

“我们对银河系的了解永远比对其他星系的了解多。如果我们能利用这些细节，将其应用到我们拥有有限数据和模糊图像的其他星系中，”斯科特说，“那将是一个非常强大的工具。”