韦伯望远镜发现已知最遥远棒旋星系

发现背景与意义

国际天文学家团队利用詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）发现了一个新的巨型棒旋星系，编号为M1149-BSG-z5。这一发现由清华大学王晓涵领导的研究团队完成，相关论文于2026年6月23日发表在预印本服务器arXiv上。该星系的红移值达到5.1，这意味着它存在于宇宙大爆炸后约10亿年的再电离纪元，是迄今为止人类发现的距离最远、年龄最古老的棒旋星系。

棒旋星系在宇宙中并不罕见，在邻近的盘状星系中，大约三分之二都拥有明显的棒状结构。这些由恒星、气体和尘埃组成的棒状结构对星系的长期演化起着至关重要的作用，它们能够引导物质向星系中心流动，触发恒星形成活动，并可能影响中心超大质量黑洞的成长。然而，在宇宙早期的高红移环境中，宇宙的物理条件与现今截然不同，星系之间的相互作用更加频繁，气体含量更加丰富，这些因素理论上会抑制星系棒结构的形成。因此，在如此遥远的宇宙中发现一个发育成熟的棒旋星系，对现有的星系形成和演化理论提出了新的挑战。

M1149-BSG-z5的物理特性

根据研究团队的测量，M1149-BSG-z5的星系棒长度约为14700光年，有效半径约为8500光年，而它的旋臂则延伸至约17900光年的半径范围。这个星系的恒星总质量估计为280亿倍太阳质量，其恒星形成速率高达每年144倍太阳质量，表明它正处于一个剧烈的恒星形成爆发期。

更令人感兴趣的是，研究团队发现M1149-BSG-z5的中心存在一个活跃星系核（AGN），这意味着其中心有一个正在吸积物质的超大质量黑洞。这个黑洞的质量与星系恒星总质量之比约为0.001，这一比值低于许多已知的高红移活跃星系核，反而与邻近宇宙中的活跃星系核相当。这一发现暗示，在宇宙早期，星系中心黑洞的增长与星系本身的恒星形成活动之间可能存在着某种协调机制。

此外，M1149-BSG-z5的金属丰度约为太阳金属丰度的50%，这在如此早期的宇宙中是一个相当高的数值。金属丰度是衡量星系化学演化程度的重要指标，高金属丰度意味着该星系已经经历了多轮恒星形成和超新星爆发，将重元素抛洒到了星际介质中。结合其位置在BPT诊断图中的分布，研究团队确认M1149-BSG-z5是一个在大爆炸后仅10亿年就已经高度化学演化的大质量星系。

与同类天体的比较

研究团队将M1149-BSG-z5与其他已知星系进行了详细比较。结果显示，这个新发现的星系比典型的红移5.0左右的星系更大，其大小和性质更接近于红移在2.0到4.0之间的棒旋星系。这表明，在宇宙早期就已经存在一些异常巨大的星系，它们可能通过某种特殊的机制加速了自身的成长。

值得注意的是，距离M1149-BSG-z5最近的星系大约只有69000光年远。这种近距离的伴星系暗示，星系之间的相互作用可能在M1149-BSG-z5的棒状结构形成过程中扮演了重要角色。潮汐相互作用可以扰动星系盘中的气体和恒星轨道，从而触发棒状结构的形成和演化。

观测方法与技术

M1149-BSG-z5是在JWST的NIRISS（近红外成像仪和无缝光谱仪）平行成像场中发现的，该观测属于JWST第二周期项目“前沿场中NIRCam光栅的中带天体物理学”。研究团队利用JWST强大的红外成像能力，在多个波段（从F090W到F444W）对目标进行了深度观测，并通过分析星系形态和光谱特征，确认了其棒旋结构和红移值。

JWST的红外观测能力使其成为研究高红移星系的利器。由于宇宙膨胀，早期星系发出的可见光被拉伸到了红外波段，只有像JWST这样拥有大口径和灵敏红外探测器的空间望远镜才能捕捉到这些微弱信号。此前，JWST已经发现棒旋星系最早可以出现在红移约4.0的宇宙时期，在红移3.5的星系中，棒旋星系的比例约为3%到7%。M1149-BSG-z5的发现将这一记录推向了更早的宇宙纪元。

科学意义与未来展望

M1149-BSG-z5的发现对理解早期宇宙中星系结构的形成和演化具有重要意义。首先，它表明在宇宙大爆炸后仅10亿年，宇宙中就已经存在结构完整的棒旋星系，这意味着星系棒的形成机制可能比理论模型预测的更加高效。其次，该星系同时拥有活跃星系核和剧烈的恒星形成活动，为研究星系中心黑洞与星系整体演化之间的协同关系提供了珍贵样本。

研究团队在论文中指出，M1149-BSG-z5的发现只是JWST在高红移星系研究领域的一个开始。随着JWST继续对宇宙早期进行深度观测，预计将会发现更多类似的天体，从而构建起一个更完整的高红移棒旋星系样本。这些观测数据将帮助天文学家检验和改进星系形成理论模型，最终揭示宇宙中那些壮观的旋涡结构究竟是如何在混沌的早期宇宙中诞生和演化的。

该研究成果已发表在预印本服务器arXiv上，论文编号为arXiv:2606.25022。研究团队包括来自清华大学、中国科学院国家天文台以及多个国际合作伙伴的科学家。

原标题：JWST discovers a new barred spiral galaxy。 来源：phys.org。

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