韦伯望远镜发现迄今最遥远的棒旋星系：宇宙仅8%年龄时已成形

关键物理特性

• 恒星质量与成熟度：尽管观测到的宇宙年龄仅为大爆炸后约11亿年（约为当前宇宙年龄的8%），M1149-BSG-z5已是一个大质量星系。最佳拟合的SED模型给出的恒星质量约为10¹⁰–10¹¹倍太阳质量，表明其质量累积速度惊人 。
• 棒状结构：椭圆等照度线拟合和结构建模均确认了一个长度约为a_bar ≈ 1.1–1.5千秒差距的恒星棒 。该棒在韦伯望远镜的近红外图像中清晰可见，且在椭率和方位角分布统计上显著。
• **旋臂结构：**该星系显示出从棒端延伸出的多条清晰旋臂，符合经典棒旋星系形态 。
• 恒星形成率：M1149-BSG-z5位于或高于红移约5处主序星系的位置，恒星形成率达到每年几十到约100倍太阳质量 。该星系在棒区和旋臂区域均活跃地形成恒星。

演化意义

在红移5.102处存在一个完全成形的棒旋星系，将棒状结构的形成时代大幅推前，超出了标准宇宙学模拟的预期 。这一发现挑战了棒需要数十亿年才能在盘状星系中形成并稳定的模型。该星系在宇宙黎明后仅约10亿年就已显示出结构成熟的特征——拥有明确的核球、棒和盘——这意味着盘的沉降和棒的形成可以在宇宙最初的约1–1.5 Gyr内完成 。

潜在形成机制

研究讨论了M1149-BSG-z5早期棒状结构形成的两种主要机制 ：

1. **重子主导系统中的引力不稳定性：**在高红移富含气体的湍动盘中，中心区域可能由重子主导。这些致密、富含冷气体的盘中快速发展的引力不稳定性，可以在短短几亿年内驱动棒的形成，而无需预先存在一个成熟的恒星盘 。

2. **环境与潮汐相互作用：**M1149-BSG-z5位于一个星系超密区内——MACS J1149+2223场已知是一个星系团环境。与邻近伴星系的潮汐相互作用或小型并合可能触发或加速了棒的形成。光谱数据显示该星系在相近红移处有一个近邻，支持可能的相互作用场景 。

作者总结认为，重子主导的不稳定性与温和环境相互作用的组合是最可能的形成途径，而经典理论中棒是晚期形成现象（红移小于1–2）的观点，在韦伯望远镜多次发现红移大于3的棒旋星系后已不再成立 。

关于当前纪录的说明

红移5.102的M1149-BSG-z5现已超越此前的纪录保持者（如红移约3的CEERS-2112和红移约4的COSMOS-74706），成为迄今确认的最遥远棒旋星系 。相关论文于2026年6月23日提交至arXiv预印本平台，截至目前仍是尚未经过完整同行评审的预印本 。