James Webb Telescoop vindt oudste balkspiraalstelsel: M1149-BSG-z5

JWST ontdekt meest verre balkspiraalstelsel: M1149-BSG-z5

Onderzoekers hebben met de James Webb Space Telescope (JWST) het stelsel M1149-BSG-z5 ontdekt . Het is een massief balkspiraalstelsel met een spectroscopische roodverschuiving van z = 5,102 – daarmee is het het verst verwijderde stelsel met een centrale balk dat ooit is waargenomen. Het stelsel werd opgespoord in het parallelveld van de cluster MACS J1149+2223 met JWST/NIRCam, JWST/NIRSpec en archiefdata van de Hubble Space Telescope .

Belangrijkste fysieke eigenschappen

• Stellaire massa en volwassenheid: Hoewel we het stelsel zien zoals het was ongeveer 1,1 miljard jaar na de oerknal (het heelal was toen nog geen 8% van zijn huidige leeftijd), is M1149-BSG-z5 al een reus. Beste modelpassingen geven een stellaire massa van ruwweg 10¹⁰–10¹¹ zonsmassa’s, wat wijst op een opvallend snelle massa-opbouw .
• Balkstructuur: Zowel isofoot-metingen als structurele modellen bevestigen een stellaire balk met een lengte van a_balk ≈ 1,1–1,5 kpc . De balk is duidelijk zichtbaar in de JWST-NIRCam-beelden en statistisch significant in de ellipticiteit en positiehoekprofielen.
• Spiraalstructuur: Rond de balk tonen de JWST-beelden meerdere spiraalarmen, wat overeenkomt met een klassiek balkspiraalstelsel .
• Stervormingssnelheid: M1149-BSG-z5 ligt op of boven de hoofdreeks van stervormende stelsels op z ~ 5, met een stervormingssnelheid in de orde van tientallen tot ~100 zonsmassa’s per jaar . Het stelsel vormt actief sterren, zowel in de balk als in de spiraalarmen.

Wat dit betekent voor de evolutie van stelsels

Het bestaan van een volledig gevormd balkspiraalstelsel op z = 5,102 zet de gangbare theorie op zijn kop. Kosmologische simulaties voorspelden dat balken pas veel later – pas enkele miljarden jaren na de oerknal – konden ontstaan . M1149-BSG-z5 toont een structureel volwassen stelsel – met een bulge, een balk en een schijf – al na ruim 1 miljard jaar. Dit suggereert dat schijfvorming en balkvorming in het vroege heelal veel sneller kunnen verlopen dan gedacht .

Hoe kon de balk al zo vroeg ontstaan?

De studie bespreekt twee mechanismen die de vroege balkvorming kunnen verklaren :

1. Zwaartekracht-instabiliteit in baryon-gedomineerde systemen: In gasrijke, turbulente schijven in het vroege heelal kunnen centrale gebieden overheerst worden door ‘gewone’ materie. Snelle zwaartekracht-instabiliteiten in deze dichte, gasrijke schijven kunnen al in een paar honderd miljoen jaar een balk doen ontstaan, zonder dat er eerst een stabiele stellaire schijf nodig was .

2. Omgeving en getijdeninteracties: M1149-BSG-z5 ligt in een gebied met veel stelsels – het veld van MACS J1149+2223 is een bekende clusteromgeving. Getijdenwerking of kleine botsingen met naburige stelsels kunnen de balkvorming hebben versneld. Spectroscopie toont een naburig stelsel op ongeveer dezelfde roodverschuiving, wat een interactie-scenario ondersteunt .

De auteurs concluderen dat een combinatie van baryon-gedomineerde instabiliteit en milde omgevingsinteracties de meest waarschijnlijke verklaring is. Het klassieke beeld dat balken pas laat in de kosmische geschiedenis ontstaan (z < 1–2) is volgens hen niet langer houdbaar, gezien de meerdere JWST-ontdekkingen van balkspiraalstelsels op z > 3 .

Record gebroken

M1149-BSG-z5 op z = 5,102 verslaat eerdere recordhouders zoals CEERS-2112 (z ≈ 3) en COSMOS-74706 (z ≈ 4) als het verst verwijderde bevestigde balkspiraalstelsel tot nu toe . De studie verscheen op 23 juni 2026 op arXiv en is op dit moment een preprint die nog niet door vakgenoten is beoordeeld .