銀河系也經歷過動盪的青春期！「銀河系孿生體」建構演化時間軸

銀河系演化歷史可追溯至約 136 億年前。近期天文學家完成迄今最詳細銀河系演化重建，使用詹姆斯‧韋伯太空望遠鏡資料，分析 877 個質量與物理性質，與銀河系於不同時期外觀高度相符的「銀河系孿生體」。這些星系橫跨廣泛宇宙時間，使團隊得以建立銀河系演化時間軸。結果顯示，銀河系年輕時期相當劇烈動盪，之後才逐漸穩定，成為我們今日熟悉結構分明的成熟螺旋星系。

這批樣本涵蓋從宇宙年齡約 15 億年至 100 億年，也就是距今約 123 億年至 35 億年前的關鍵時期。光需要時間傳播，觀測距離更遠的星系，等於回溯宇宙更早期樣貌。團隊利用這點，將不同距離、不同年代的「銀河系孿生體」，視為銀河系不同演化階段的對應樣本，重建演化歷程。此次研究對應年代，正是銀河系孿生體由早期緊密的恆星集合體，逐步發展出穩定盤狀結構的關鍵轉折期。

▲ 不同紅移的「銀河系孿生體」觀測影像。紅移（z）表示星系因宇宙膨脹使光波被拉長程度，紅移越大，代表星系距離越遠、也為越早的宇宙。上圖顯示銀河系孿生體由早期結構鬆散、不規則狀態，逐步發展為有集中核心與盤狀結構的成熟型態。（Source：Vivian Tan / York University）

團隊結合韋伯望遠鏡與哈伯太空望遠鏡的高解析度影像及光譜資料，完成 877 個早期星系系統性盤點，並為每個星系建立可解析的恆星質量分布圖與恆星形成率圖，分別描繪星系既有恆星的分布位置，以及新恆星形成中區域。結果整個樣本顯現一致趨勢，並這段演化歷程，銀河系孿生體在大爆炸後約 30 億至 40 億年，最明顯呈現由內而外成長模式。這些星系最初都有高度密集的中央區域，之後以併合事件與持續恆星形成，外圍逐步累積質量，最終形成延展螺旋結構。

▲ 銀河系前身的質量成長示意圖。依宇宙年齡排列不同時期的「銀河系孿生體」，顯示類銀河系星系如何逐步累積恆星質量。越靠右側代表宇宙越早期，星系規模較小、結構較為紊亂，恆星數量僅約數億顆；之後星系以併合與持續恆星形成快速成長，逐漸發展出穩定的盤狀結構，最終形成今日超過千億顆恆星的銀河系。上圖反映觀測揭示的由內而外成長趨勢，以及銀河系早期演化階段的高度動態特性。（Source：Vivian Tan / York University）

另一方面，電腦模擬同樣可追蹤銀河系孿生體演化歷程，整體結果大致支持由內而外成長模型。然而，部分狀況無法重現早期星系高度集中核心結構，也低估外圍區域質量累積速度。差異顯示，實際觀測揭示的銀河系早期演化過程，仍包含現有模型尚未充分描述的物理機制。銀河系早期歷史比預估更混亂，星系頻繁碰撞並吸積物質，引發劇烈恆星形成爆發，反映至高度扭曲且不對稱的外形。較晚宇宙時期的銀河系孿生體則穩定許多。

此研究對理解銀河系形成最早階段方面邁出關鍵一步，觀測能力提升後，更有助釐清銀河系孿生體穩定成為盤狀結構的時機與物理機制，逐步建立完整銀河系演化圖像。