前沿周刊丨我国天文学家最新研究发现：银河系可能翻了个身

潮新闻客户端 记者 何冬健

中国内蒙古锡林郭勒明安图天文站银河拱桥。视觉中国

当我们在科普书籍或天文纪录片中欣赏银河系的艺术图时，往往会看到一个完美的扁平圆盘形象。近日，我国天文学家公布的一项最新研究，更新了人类对银河系演化的传统认知：我们所在的“银盘”，可能经历了一场从数十亿年前开始的缓慢“翻转”——整个星系盘面被外来星系的潮汐力缓缓扭转，到今天恰好转过近90度，呈现出与暗物质晕主平面近乎垂直的独特姿态。

这一发现由中国科学院上海天文台、浙江大学、国家天文台、西湖大学、海南大学等单位天文学家合作完成，意外解开了困扰天文学界多年的卫星星系平面排列之谜，为人类探索银河系的成长史提供了全新视角。

“银河系并不是例外，它只是用一种罕见但合理的方式，记录下自己动荡的成长史。”中国科学院上海天文台研究员朱玲表示。

作为宇宙中最神秘的物质之一，暗物质无法通过电磁波被人类直接观测到，却占据了宇宙总质量的绝大部分。它通过引力作用，默默影响着可见物质的运动轨迹，是塑造星系形成与演化的“隐形推手”。

在银河系中，暗物质形成了一个巨大的“晕”，包裹着整个星系。这层神秘的结构，从银河中心向外延伸，覆盖着十万乃至三十万光年的广阔空间。长期以来，科学界普遍推测，银盘的形成与暗物质晕有着密切的关联。

也正因为暗物质晕的神秘性，描绘其具体形状，一直是天体物理学领域的一大难题。研究团队介绍，在这项最新研究中，他们创新开发了数据驱动的动力学建模方法，结合我国郭守敬望远镜（LAMOST）提供的全球最大光谱晕星样本，成功绘制出16万光年范围内的银河系暗物质晕三维图像。

研究的核心发现令人惊喜：银河系的暗物质晕并非传统认知中的球形或长椭球，而是一个略微扁平的三轴椭球，其由“长轴—中轴”构成的主平面，与当前银盘的平面近乎垂直。更令人意外的是，这一暗物质晕主平面，可能恰好与银河系周围数十个卫星星系构成的“卫星星系平面”重合。

事实上，天文学家早已发现，银河系周边的卫星星系并非随机分布，而是整齐排列在一个垂直于银盘的平面上，这一现象在标准宇宙学模型中一直难以得到合理解释，成为困扰学界多年的“未解之谜”。朱玲说，结合此次暗物质晕的观测结果，研究团队提出了一个大胆的设想：数十亿年前，银河系的银盘、暗物质晕以及周边的卫星星系，原本处于同一个平面上，构成了一个相对稳定的星系系统。随后，一个或数个质量较小的外来星系与银河系发生并合，其产生的引力如同无形的巨手，对银盘施加了持续的潮汐力矩，在这种力量的作用下，银盘开始缓慢翻转，而暗物质晕和卫星星系由于质量巨大、惯性更强，基本保持了原来的空间方向。经过数十亿年的演化，银盘完成了近90度的翻转，最终形成了如今银盘与暗物质晕主平面、卫星星系平面近乎垂直的奇特格局，这也正是我们如今观测到卫星星系排列在垂直于银盘平面上的根本原因。

银河系翻转示意图。受访者供图

或许上面这番描述会让你感到“头大”。别急，接下来我们用一个“摊煎饼”的比喻，来描绘这场发生在数十亿年前的“宇宙大事件”。

假如我们把整个银河系的暗物质晕比作一个巨大的“隐形转盘”，银盘则是转盘上的一张“宇宙煎饼”，我们赖以生存的太阳系，仅仅是这张煎饼上的一粒微不足道的芝麻。现在，我们就来还原这张“煎饼”的演化过程，看看它如何从最初的稳定状态，完成一场跨越数十亿年的“大翻转”。

星系形成背后的宇宙力量就像一个“煎饼师傅”，将“面团”（星系原始物质）抛到空中高速旋转，在离心力的作用下，面团逐渐拉伸成扁平的圆盘，这就形成了银河系最初的盘面结构，此时的银盘与暗物质晕、周边的卫星星系处于同一平面，构成了一个相对稳定的系统。就像转盘上的煎饼，始终随着转盘同步转动，不会发生偏移。

当外来星系并合带来的潮汐力矩作用于银盘时，就像技艺精湛的飞饼师傅要表演绝活，给它施加一个持续的扭转力，带着它缓慢绕中心翻转。此时，“隐形转盘”及其周边因为质量巨大、惯性极强，基本稳定不动。就这样，这张“煎饼”最终完成了近90度的翻转，与“隐形转盘”呈现出近乎垂直的状态。

该演化图景得到了主流宇宙学数值模拟的支持。团队表示，暗物质晕就像连接银盘与外围卫星星系的纽带，这项研究将暗物质晕的形状、卫星星系的排列以及银盘的演化历史，纳入同一解释框架，为理解银河系的成长提供了新视角。

未来，随着更强大的望远镜投入观测，天文学家将进一步检验“银盘翻转”假说，更精确地描绘出银河系的形成历史。

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