韋伯望遠鏡發現已知最遙遠棒旋星系 M1149-BSG-z5，顛覆宇宙演化理論

關鍵物理性質

• 恆星質量與成熟度： 儘管被觀測到的時間點僅在大爆炸後約 11 億年（當時宇宙年齡約為現在的 8%），M1149-BSG-z5 已經是一個質量巨大的星系。最佳擬合的光譜能量分布（SED）模型顯示其恆星質量約為 10¹⁰–10¹¹ M☉，顯示出其質量組裝速度非常驚人 。
• 棒狀結構： 透過等照度橢圓擬合和結構模型分析，皆確認其存在一個長度約 a_bar ≈ 1.1–1.5 kpc 的恆星棒 。這個棒狀結構在 JWST 的 NIRCam 影像中清晰可見，且在橢圓率和位置角輪廓上具有統計顯著性。
• 螺旋結構： 該星系展現出從棒狀兩端延伸出的清晰多重螺旋臂，符合經典棒旋星系的型態 。
• 恆星形成率： M1149-BSG-z5 位於或高於紅移 z ~ 5 星系的恆星形成主序帶，其恆星形成率約為 每年數十到約 100 個太陽質量 。該星系的棒狀區域和螺旋臂都在積極地形成恆星。

演化意義

在紅移 z = 5.102 處存在一個完全成形的棒旋星系，將棒狀結構形成的時期推回到比標準宇宙學模擬預測的還要早很多的時代 。這項發現挑戰了那些認為棒狀結構需要數十億年才能在盤狀星系中形成並穩定的模型。這個星系在宇宙黎明後僅超過 10 億年的時間裡，就展現出成熟的結構——擁有明確的核球、棒狀結構和盤面，這意味著盤面的穩定和棒狀結構的形成可以在宇宙誕生後的前 1 到 1.5 Gyr 內 發生 。

潛在的形成機制

該研究討論了 M1149-BSG-z5 早期棒狀結構形成的兩種主要機制 ：

1. 重子主導系統中的重力不穩定性： 在高紅移、富含氣體且湍動的盤面中，中心區域可能由重子主導。在這些緻密、富含低溫氣體的盤面中，快速的重力不穩定性可以在短短幾億年的時間尺度上驅動棒狀結構的形成，而無需預先存在一個成熟的恆星盤 。

2. 環境與潮汐交互作用： M1149-BSG-z5 位於一個星系超密度區域內——MACS J1149+2223 場是一個已知的星系團環境。與鄰近伴星系的潮汐交互作用或小型併合可能觸發或加速了棒狀結構的形成。光譜分析顯示該星系在相近紅移處有一個近鄰，支持了可能存在交互作用的推測 。

作者們得出結論，最可能的形成途徑是重子主導的不穩定性與溫和的環境交互作用相結合。並且，基於 JWST 在多個紅移 z > 3 處發現棒狀星系，棒狀結構是晚期形成現象（紅移 z < 1–2）的經典觀點已不再成立 。

關於當前記錄的備註

紅移 z = 5.102 的 M1149-BSG-z5 現已超越先前的記錄保持者，如 CEERS-2112（z ≈ 3）和 COSMOS-74706（z ≈ 4），成為迄今為止確認的已知最遙遠棒旋星系 。該論文於 2026 年 6 月 23 日提交至 arXiv 預印本平台，截至本文撰寫時，仍為一份尚未完全經過同儕審查的預印本 。