旋涡星系就像是宇宙屹立不倒的图腾，是宇宙战争史中顽强的幸存者。

在天文学中，引力总是力图制造出两种形状：球和盘。在宇宙一半恒星所在的旋涡星系中，这两种形状得到了充分的展现。由年老的黄色恒星组成的中央核球散发出静谧的光芒，它的外面是包含由高温年轻恒星以及暗尘埃带所组成的旋臂的星系盘。这些巨大的恒星盘正在星系演化的研究中扮演重要的角色。

哈勃空间望远镜的巡天发现了大量的盘星系，它们在宇宙年龄小于目前一半的时候就已经存在了。通过对这一群星系的年龄测定以及分类，天文学家意识到，旋涡星系并非是娇嫩的花朵慢慢绽放才得以展现出现在的模样。相反，它们犹如常青树，在几十亿年的宇宙长河中经历了与小星系的并合以及与大星系的冲撞而屹立不倒。

当我们从侧向来看银河系平面时，我们看到的是一个坚定的战士将夜空一分为二，毫无疑问它曾经也吞噬了其他的星系。银河系的盘为这段历史提供了线索，但是探寻的历程必然会千辛万苦，因为我们就深居其中。“我们可以比其他星系更深入的了解银河系，因为我们可以测量其中单颗恒星的运动。”雷斯勒理工学院的天文学家海蒂 · 纽伯格（Heidi Jo Newberg)说，“但是我们仅仅是刚刚开始。”

一切尽在气体中

今天我们所看到的盘是花了很长时间才得以形成的。自治领天体物理台的天文学家悉尼 · 伯格Sidney Bergh)说，在宇宙历史的最初40亿年中“几乎所有的恒星形成都是成团的并且有着杂乱的结构”。但是在这之后的10-20亿年的时间里，在无情的引力作用下就会开始形成可以识别的结构。

天文学家相信，原始的星系是一团缓慢转动的气体云，富含高温的气体，其中还没有形成大量的恒星。能量会由于原子和分子间的碰撞以及辐射而流失，引力会使得冷却的气体进一步收缩，导致更为频繁的碰撞，但是它会保持原来的角动量。随着时间的流逝，年幼的星系会变得越来越平，转得也会越来越快。

维多利亚大学的天体物理学家朱利奥 · 纳福罗(Julio Navarro)说：“快速坍缩的最终结果是形成一个薄盘，其中所有的粒子都会以圆形轨道运动。”但是星系并非是一团理想的旋涡气体，他强调：“当气体形成了恒星，它们就变成了永远也不会发生碰撞的子弹。”缺少了耗散能量的碰撞，如果受到另一个年轻星系撞入的扰动——早期宇宙的普遍现象，那么一个充满恒星的盘就不可能稳定下来。相反，恒星会倾向于形成一个球形的星群，就像是一群受到惊扰的蜜蜂。

这就是天文学家在计算机模拟恒星占主导的星系演化时所得到的结果。“盘的动力学本质是非常脆弱的，并合会搅乱它们，”纳福罗说。但是，如果在早期宇宙中并合和碰撞是如此的频繁，那么为什么我们没有看到满天形状模糊的椭圆星系呢？

纳福罗和其他天文学家认为气体的作用是关键。运动的气体可以减弱并合对星系的破坏作用。年轻的星系会通过多种方式来搅动其中的气体：来自新生大质量恒星的紫外辐射、超新星爆发的激波，或者是来自活跃核心的能量输出。

最近的数值模拟显示气体的缓冲作用确实发挥了作用。例如，由哈佛大学研究生布兰特 · 罗伯森Brant Robertson)领导的一个小组在宇宙年龄的尺度上模拟出了第一个真实的盘星系。在去年5月1日出版的《天体物理学报》的文章中提到，这一模型是基于由高温物质所包裹着的“多相”低温气体云而成的，它更精确地再现了星系的星际环境罗伯森说，这一混合处理在并合时可以保留住气体，并且能够使得盘抵御外界的冲击。这方案的奏效仅仅是一个开始：20个被模拟的星系中只有1个星系最终具有了扁平风车的外形，大约是真实宇宙的一半。其他研究人员相信，进一步的模型需要加入对气体的搅动甚至是早期的恒星形成。

在被提交到《天体物理学报通信》的另一篇文章中，罗伯森的两个合作者提出经典的旋涡星系甚至在剧烈的冲撞之后仍能出现。马普天体物理研究所的天体物理学家沃尔克 · 斯普林根Volker Springel)和哈佛的拉斯 · 亨奎斯特Lars Hernquist)模拟了两个富含气体的盘的并合。猛烈的冲撞触发了星暴，但是留下的足量气体使得并合体最终演化出了具有清晰旋臂的扁平超盘“如果盘可以在大的并合中幸存'下来，那么它们可能没有先前想象的那么脆弱，”他们写道。

四万个个体

数值模拟是一-种诱人的方法来回溯历史一窥早期的星系，但是没有东西可以战胜真实。GEMS——从形态学和能谱分布研究星系演化——是一个雄心勃勃的研究所有星系演化的计划。GEMS研究了哈勃空间望远镜所拍摄的最大的连续彩色照片中的4万个星系，这一照片所覆盖的区域比1994年的“深场”大了150倍。使用欧洲南方天文台2.2米望远镜所拍摄到的光谱，天文学家已经得到了其中大约1万个星系的距离资料。

对于天文学家来说，GEMS就好像一本包含了数百个早期星系的相册，而不是只有暗弱影像的快照。“从地面上看，这些星系都是点状的。但是在哈勃眼中每一个都显现出了个性，"GEMS首席科学家、马普天文研究所的汉斯-沃尔特 · 里克斯(Hams-Walter Rix)说。

一年之后，GEMS小组就将公布从宇宙年龄50亿年至今星系盘的演化结果。例如，这个小组一直在跟踪新诞生的恒星的所发出的光芒。“近80亿年来，盘星系经历了最大规模的恒星形成过程，从此恒星开始装点了我们的银河系，”里克斯说。与之形成对比得时，椭圆星系中恒星诞生的鼎盛时期则还要早上几十亿年。

在巡天中，CEMS小组发现了里克斯称之为“大量的在中等或小尺度盘中拥有核球的星系”。他说，这些星系极有可能是大型盘星系的前身，例如银河系和邻近的仙女星系。另外，这些星系的盘是由内而外形成壮大的，GEMS小组通过比较盘的大小以及它们的距离得出了这一结论。里克斯说，现今最大的盘星系显然逃过了近80亿年来毁灭性的并合过程。

“哈勃”拍摄到的最大星系图

构筑“棒”

现实中的旋涡星系并不都是对称的。大约三分之二的盘星系都有“棒”——星系核心处拉长的恒星聚集区。我们的银河系就有一个：80年代首次怀疑银河系有一个粗短的棒，最近通过对盘上一类特定恒星的普查证实了这一猜测。

通过重新分布物质和角动量，棒可以改变盘星系“低温盘中任何扰动都会触发棒或者旋臂的形成，”得克萨斯大学的天文学家沙哈 · 乔 · 俄（Shardha Jogee)说。一旦形成，棒就会拖拽气体，把它们聚集到星系中央，引发恒星形成。理论上，这会散播导致棒瓦解的种子。一些早期的模拟显示，中央质量的积累会将经过的恒星推到外围更大的轨道上，使得棒解体，并且限制恒星的轨道。

但是，最近天文学家所感兴趣的是这一转变发生的有多快“在演化中星系会经历有棒无棒再到有棒的转变，但是总有一个问题，这一转变的速度有多快，”马里兰大学的天文学家莫苏米 · 达斯(Mousumi Das)说。GEMS指出这一转变可能比预想的要慢。由乔伊领导的一个小组发现，在所有的阶段有棒星系和无棒星系的比例是一个常数。他们在去年11月10日出版的《天体物理学报通讯》上得出结论，就算不能存在更长的时间，这些结构也至少可以存在20亿年。

另一种追溯星系历史的天体就是所谓的厚盘。这是一群我们知之甚少的老年恒星，它们游走于主盘的上下。天文学家还不清楚银河系厚盘中的恒星是如何到达那儿的。一种流行的解释是，100亿年前，一个并合的星系搅乱了薄盘中恒星的轨道。约翰 · 霍普金斯大学的天文学家罗斯玛丽 · 怀斯(Rosemary Wyse)说，因为没有比厚盘中恒星更年老的恒星，因此这可能是银河系最后一个值得关注的并合事件。

然而，纳福罗及其同事认为这里还有更为吸引人的故事。对厚盘中恒星的运动和化学组成的详细研究显示，它们与银河系中的其他恒星存在着差别。他们提出厚盘并不是从银河系中激发出来的，而是从并合的星系中散落出来的。离太阳不远的恒星大角可能就是很久以前并入银河系的某个星系中的一员。

下一步天文学家将会涉足银河系考古学，测量我们周围上百万颗恒星的运动。其中之一就是由澳大利亚赛丁泉天文台1.2米望远镜所进行的视向速度实验，以及对美国斯隆数字巡天的扩展将会检查银河系平面上的恒星富集区，这些区域在先前的巡天中有部分被忽略了。

从2011年开始，欧洲空间局的“盖亚”卫星将会测量10亿颗恒星，占银河系中恒星的10%。届时我们也许就能够知道银河系是怎样在无序的宇宙中保持其有序的盘结构的了。