天文学界持续数十年的银河系结构研究中,一个难题始终没有定论:银河系周边的数十个卫星星系为何会沿着一个几乎垂直于银盘的平面分布?这个与标准宇宙学模型预期不符的现象,被称为“卫星星系平面排列之谜”。如今,我国科学家通过多机构联合研究,为这一谜题给出了更清晰的解释。研究团队利用自主研发的数据驱动建模技术,结合LAMOST望远镜观测数据,首次绘制出半径达16万光年的银河系暗物质晕三维图像。结果显示,这一承载银河系主要质量的“暗架构”并非传统理论常假设的近球对称形态,而更接近三轴椭球;其主平面与银盘近乎成直角。更重要的是,暗物质晕的主平面与卫星星系的分布平面高度一致。项目负责人、中科院上海天文台朱玲研究员表示:“这一发现改变了我们对银河系结构演化的一些传统理解。”研究团队重构的演化模型指出,约在80亿至100亿年前,银河系可能经历过与多个矮星系的并合。并合带来的潮汐力矩在长期作用下,使质量相对较小的银盘逐步发生翻转,而质量更大的暗物质晕与卫星星系整体更倾向于保持原有空间取向。随着时间推移,这种差异积累为今天观测到的近垂直结构。该研究带来多上意义:一是为卫星星系的异常分布首次提供了可检验的动力学解释;二是深入凸显星系并合对银河系结构演化的影响;三是提出了暗物质分布与可见物质运动之间新的关联框架。国家天文台涉及的专家认为,这一成果将为完善星系形成理论提供依据,也有助于理解其他旋涡星系的演化。展望未来,研究团队计划结合中国空间站巡天望远镜(CSST)等项目获取更高精度数据。随着第四代同步辐射光源等大科学装置投入使用,我国在星系动力学与结构演化研究中有望取得更多突破。
从“看得见”的恒星到“看不见”的暗物质,银河系结构之谜本质上是一段由引力塑造的演化史。对暗物质晕三维形态的重建,使人们得以从新的角度追溯银河系的形成与变化。无论最终是否由“翻转”机制给出定论,这项研究提示我们:只有把观测数据、动力学分析与宇宙学演化过程衔接起来,才能在复杂信号中更准确地读出星系成长的轨迹。