我们来聊一聊，这项工作在宇宙学背景下的具体意义：

目前一般认为宇宙物质由暗物质主导，暗物质坍缩成扁平的片状结构（sheet）及长纤维状（filament），纤维互相交叉的结点处形成所谓的暗物质晕。气体在暗晕中冷却塌缩，形成星系。暗晕通过吸积周围的物质而增长，被吸积的更小的暗晕和星系围绕宿主暗晕的大质量中央星系运动，它们被称为子晕和卫星星系。潮汐作用下，卫星星系的恒星被剥离，形成中央星系外围的恒星晕及星流子结构。

在上述图像下，不难理解星系的形成演化过程与宇宙在更大尺度上由暗物质主导的引力场密切相关。借助宇宙学数值模拟及观测上大量星系的统计分析，天文学家发现暗晕的长轴往往和星系的长轴对齐; 中央星系的长轴和卫星星系的分布也存在关联。这种关联，天文学家称之为Intrinsic Alignment（内禀排列）。

相比河外星系，我们身处宿主星系——银河系中，因此能更细致地观测银河系周边的三维物质分布及恒星运动，根据银河系周边恒星的分布及运动规律约束银河系的明、暗物质具体空间分布。图1展示了工作的主要结果之一。银河系的恒星晕在10-20千秒差距（kpc）的内部区域显得稍更扁平，与盘更平行（盘位于z=0的xy平面），恒星晕的外部区域（> 40-50 kpc）则在z方向更拉长，与银盘更垂直。

图1.  拟合DESI观测的银河系晕星所得的最佳银河系星晕椭球模型。图展示的是模型在y=0及x=0平面的切片。定义z=0的x-y平面对应银盘所在平面，z轴定义为垂直于银盘方向。黑色虚线对应不同半径的同心圆，红色线条对应几个不同半径处的椭球等高线。黄星代表太阳所处位置。

图1中银河系的内晕指向与盘更为一致。银河系的盘面就像个精致的漩涡，由冷却的星际气体缓慢沉淀形成；而外围的恒星晕则主要由被撕碎的卫星星系残骸组成。虽然两者出身截然不同，但经过数十亿年的“朝夕相处”，内晕在银盘的引力作用下，逐步变得和盘的形状及指向更为一致，旋转更同步。

银河系外晕的故事很不一样。图1展示了银河系在更外围的恒星晕与银盘更为垂直。有意思的是，这与银河系11个经典卫星星系的轨道面指向更一致。实际上，这11个经典卫星星系的轨道指向一度被认为可能挑战标准宇宙学模型(如Pawlowski, et al., 2012)，因为从星系形成及物质吸积的角度，我们更多地预期卫星星系倾向分布于中央星系的长轴附近。那为何银河系的外晕及多个经典卫星星系相对银盘都竖着站？

究竟是什么物理原因造成银河系的恒星晕从内到外的90度翻转呢，为何银河系外晕及多个卫星星系相对银盘竖着站？可能的原因是多方面的：

驱动1--大质量卫星星系的引力“拉扯”

图2.  Auriga流体模拟中几个典型盘星系的角动量演化。黑线代表不同时刻盘角动量相对今天盘角动量夹角的演化。红线及蓝线对应第一大及第二大的卫星星系轨道角动量与盘角动量夹角的演化。摘自Gomez, et al., 2017。

不少基于数值模拟的研究表明，星系盘或内晕会在与较大质量卫星星系的相互作用下，角动量的方向发生改变（如Bett, et al.,2012, 2016; Gomez, et al., 2017）。如图2所示，Auriga模拟中的类银河星系盘在与较大质量卫星星系的相互作用下，盘的角动量及卫星星系的轨道角动量会在经历了数个十亿年的时间后变得互相一致。如果我们银河系的盘及内晕指向最初与外晕更一致，而后期在同落入的较大质量卫星星系相互作用的过程中发生了翻转，便能够解释为何银河系内外星晕的指向不同。

驱动2--宇宙大尺度结构的“安排”

图3.  星系在宇宙纤维结点处及纤维内部时的角动量及物质吸积方向示意图。

另一方面，这可能是宇宙大尺度结构的“安排”。想象一下，我们的宇宙就像一张由暗物质纤维编织的超级运输网（图3）。银河系的形状及其卫星星系的分布，其实和银河系处于宇宙暗物质网络结构的具体位置有关。

图3蓝色所标记的星系1处于数条宇宙纤维结构的交叉结点处，对应一个大质量暗晕。卫星星系及气体等物质沿着周围的纤维结构运动落入晕中（如白色箭头所示）。气体在坠落过程中旋转，形成星系盘（角动量方向如黄色箭头）。 卫星星系及外晕恒星物质则自然聚集在星系盘的长轴方向（和白色箭头一致）。而对图中星系2的位置，即单条纤维结构中，气体和物质沿绿色箭头方向坍缩，形成平行于纤维结构的星系盘角动量（黄色箭头）。卫星星系及外晕恒星物质依然沿着纤维方向（白色箭头）被吸积。这次，卫星星系垂直于星系盘分布。

其他可能的原因还包括如，早期吸积的气体形成的星系盘角动量，与后期吸积的物质轨道角动量本就不一致。由于宇宙大尺度环境的演化，不同时期吸积的物质角动量方向不同。