银河系为何拥有棒结构？

毫无疑问，银河系是一个棒旋星系；然而，造就其显著形态的因素在很大程度上仍难以捉摸且理解不足。在这项工作中，我们试图通过追踪 TNG50 宇宙学模拟中一组银河系与 M31 类比体的当前参数和演化来约束银河系的历史。我们发现，$z=0$ 时棒的强度不仅与星系总质量累积相关，更关键的是与恒星盘快速形成的时刻密切相关。强棒星系的盘形成较早（$z \gtrsim 2-3$），而弱棒和无棒星系则较晚（$z \approx 1-1.5$）。尽管由于影响星系生长的不同物理现象（暗物质质量增长、气体吸积率、并合等）之间的复杂性与相关性，我们对盘形成的主导因素持谨慎态度而不妄下最终结论，但观测到的星系形态多样性可初步解释为在 $z\approx 3-5$ 时原星系周围气体角动量的显著变化；由此，在 $z=0$ 具有最强棒的早形成盘源自角动量最大的气体。通过比较 TNG50 样本中棒星系盘的形成时标，我们推测银河系具有强棒（$0.35<A_2<0.6$），其恒星盘在 $z \approx 2$ 时已主导于球状成分，质量约为 $1 \pm 0.5 \times 10^{10} M_\odot$。因此我们得出结论：银河系中强棒的存在是恒星盘早期形成的自然表现，这使得高红移处爆发式但高效的恒星形成成为可能。