“孪生”银河系揭开身世之谜
“孪生”银河系揭开身世之谜
银河系是宇宙中最常见的螺旋星系，有着典型的螺旋星系的结构：居于中心的核球、扁平状的银盘和包裹着银盘的银晕。其中，银盘由一个厚盘和一个薄盘组成。厚盘主要处于银河系内部，从切向看上去呈橄榄球状，这里是老年恒星的活动中心。薄盘则如夹心饼一样从内部往两端延展且边缘逐步增厚，这里是气体、尘埃和年轻恒星的聚集地。银盘的外围被球状结构的银晕包裹着，地广星稀。
但是与其他螺旋星系相比，银河系又似乎有些特殊：多数螺旋星系的银盘都只有一个，要么是老年恒星聚集的厚盘，要么是年轻恒星组成的薄盘。那么，为何银河系银盘却有两个孕育不同年龄恒星的结构呢?
银河系曾遭遇一场大碰撞?
为了解释这个现象，科学家们想象了一场“车祸”。根据形成时间和形成地点的不同，组成恒星的元素比例并不相同。以氢和氦为主的贫金属气体相互碰撞并合并形成了银河系的厚盘，经过漫长的时间，厚盘中诞生了许许多多的恒星，恒星活动所产生和抛射出的金属元素被迅速扩散到银盘的各个角落。因此，早期形成于厚盘的恒星的金属含量较低，而形成于薄盘的年轻恒星“继承”了前辈的部分组分，金属含量更高。
同样地，根据金属元素含量的不同，科学家能够区分原属于银河系的本土恒星和外来恒星。2018年，一项基于Gaia卫星巡天和地面光谱巡天数据的研究发现，银河系银晕中恒星的金属含量与矮星系类似，而与银河系本土恒星大不相同。这表明大多数银晕恒星都来自一个矮星系,也揭示了银河系历史上一段不为人知的动荡的过去：大约110亿年前，一个被称为盖亚-恩塞拉多斯的矮星系曾与青少年时期的银河系发生过碰撞，随后被银河系吃干吸收，形成银晕主体。
由于银晕恒星与厚盘恒星年龄相近，薄盘恒星的年龄则与之相距甚远，前者形成于130亿年前到80亿年前;后者则诞生于80亿年前或更晚。科学家认为，矮星系与银河系的碰撞改变了银河系的成长轨迹：从130亿年前到80亿年前的早期阶段，银河系吸收了矮星系带来的物质，孕育了一批恒星;80亿年前至今，矮星系物质消耗完毕，银河系进入了发育缓慢的晚期阶段。同时，这场“车祸”也塑造了银河系与众不同的外貌：早期阶段形成了银河系的厚盘和银晕，晚期阶段则形成了银河系薄盘。
“孪生兄弟”展现的平行世界
因“车祸”而“毁容”听上去十分合理，不过，最近人们找到了银河系的一个“孪生兄弟”，它似乎展现了另一种可能：银河系并没有“毁容”，它只是逐渐“长残”了。
在距离地球3.2亿光年之外，有一个与银河系十分相似的星系，这个星系被命名为UGC 10738。UGC 10738的银盘同样有两个部分：由数十亿年前形成的古老恒星组成的厚盘和由相对年轻的恒星组成的薄盘。新老两个充满恒星的星盘构成的螺旋状星系，一眼看去，与我们的银河系难以区分。
不仅外貌，UGC 10738的恒星组成也与我们的银河系一致：厚盘主要由古老恒星组成，古老恒星主要由氢和氦组成，金属含量低;薄盘中的年轻恒星含有更多的重金属，它们继承了上一代恒星爆炸后遗留的材料。UGC 10738的发现，让银河系不再是独特的个例，它的发展过程似乎也暗示着银河系成长的历史：UGC 10738星系的厚盘和薄盘不是碰撞混合而产生的，而是常见的星系演化过程。类比于UGC 10738，具有银河系结构和性质的星系是宇宙中的常规星系，通过正常模式，可以形成类银河系的螺旋星系。
可以想象，银河系也可能有着相似的经历：近140亿年前，巨大的气体和尘埃云在自身重力的作用下，坍缩形成了银河系。随着时间的推移，这些星云形成了两个主要结构——一个球形的光晕和一个稠密明亮的圆盘。不同时期形成的恒星有着不同的原材料，因为组分不同，恒星们自然地“拉帮结派”，形成了看上去泾渭分明的厚盘和薄盘。这是星系自然演变过程的结果，而不是来自于星系间的大规模碰撞。
银河系与UGC 10738都是典型的螺旋星系，由新老两个星盘共同组成了星系结构，这种结构在宇宙中可能十分普遍。这种想法是否正确，我们还需要更多时间验证：如果宇宙中不仅有一个银河系，也不仅有一个UGC 10738星系，还有更多的类银河系被发现，答案就不言而喻了。