“盤古”揭秘銀河的“種子” |_風聞

**像銀河系這樣同時具有盤和暈的漩渦星系是先形成盤還是暈？**這是理解星系如何起源和早期宇宙環境的關鍵問題。

北京時間10月10日，國際科學期刊《自然·天文》在線發表了由中國科學院國家天文台和德國馬普天文研究所等國內外單位聯合完成的一項成果。研究團隊基於國家重大科技基礎設施郭守敬望遠鏡（LAMOST）以及歐空局蓋亞（Gaia）衞星數據，揭示了古銀盤的空間結構演化，發現現存最古老的銀盤結構成分起源於距今約135億年前。該發現對深入理解星系和宇宙的早期起源和演化具有重要意義。

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先有銀盤還是先有銀暈？

暗能量和冷暗物質模型（ΛCDM）是近年來流行的星系和宇宙結構形成標準理論模型。該模型預言，宇宙早期環境動盪不安，星系之間存在頻繁且劇烈的吞噬和合並現象，這可能使得早期星系盤難以存在和維持。

過去的觀測發現，絕大部分河外盤星系的紅移小於3，對應年齡小於110億年，而對於銀河系，長期以來人們也普遍認為銀暈是銀河系最古老的結構，而銀盤則晚於銀暈，於大約100億年前形成。

▲銀河系現存最古老的盤結構“盤古”想象圖。楊航 供圖

然而，近年來詹姆斯·韋布太空望遠鏡（JWST）令人驚奇地發現，星系盤可以出現在更高的紅移：即便是紅移大於5，對應年齡大於125億年的星系，盤結構仍相當普遍地存在。

同樣，對銀河系恆星化學運動學數據的研究也表明，一些年老貧金屬恆星具有與相對富金屬的銀盤恆星相似的軌道運動學性質，暗示銀盤出現的時間可能更早。

關於早期銀盤存在的信息僅限於通過恆星化學運動學性質的猜測。由於缺乏古老恆星的統計大樣本及精確年代學信息等原因，人們一直無法得知早期銀河系的真實結構及其演化歷史。

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發現現存最古老的星系盤

在本項研究中，科研團隊基於利用郭守敬望遠鏡（LAMOST）和蓋亞（Gaia）巡天數據獲取的迄今最精確的恆星年齡大樣本，結合統計建模詳細重構出了銀盤恆星的空間分佈結構隨年齡的演化。

研究首次發現年齡為130億年**-135億年的極古老恆星，其空間分佈仍呈現出清晰的盤結構。**這説明古銀盤在宇宙剛誕生不久的數億年內就已經開始形成，並且在後續130多億年的星系演變過程中得以倖存下來。這比此前詹姆斯·韋布太空望遠鏡（JWST）觀測到的盤結構形成更早，是目前已知最古老的星系盤。

▲銀河系老齡恆星的空間分佈結構參數。橫座標為標長，縱座標為標高。呈現出盤結構（標高小於標長）的恆星年齡高達130多億年。

這一極早期形成的古銀盤成分用中國神話裏開天闢地的人物“盤古”命名。研究進一步得出**“盤古”的恆星質量約為2×109****（20億）倍太陽質量，遠大於早期銀暈的恆星質量，表明“盤古”可能為極早期銀河系的主導結構**。

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揭秘早期銀盤的結構演化

該研究還揭示了古銀盤的恆星形成和結構演化歷史。發現自“盤古”形成以後的50億年間，古銀盤恆星質量一直增長，直至80億年前停止形成****，期間總共形成了200億倍太陽質量的恆星****，峯值恆星形成率約為11倍太陽質量/每年。

古銀盤結構演化主要發生在垂直銀盤面的方向，並解釋這一演化效應可能由形成恆星的氣體垂向冷卻（upside-down）和恆星垂向加熱（heating up）機制共同決定。通過與星系流體數值模擬數據進行對比，研究進一步發現，實際的銀盤比數值模擬中的銀盤要更薄，表明銀河系實際經歷的早期演化環境比理論預期要更加寧靜。

揭秘銀河系早期起源不僅加深了我們對自身家園星系歷史的認知，也為檢驗星系形成理論和了解早期宇宙環境提供了獨特視角。隨着天文學進入巡天大數據新時代，銀河背後的諸多奧秘有望被逐一解開。