万益资讯网

宇宙诞生还不到12亿年的时候,有个星系就抢先长成了中年模样。韦布空间望远镜(JW

宇宙诞生还不到12亿年的时候,有个星系就抢先长成了中年模样。韦布空间望远镜(JWST)最近认出了它:中心横着一根长棒,外围甩着旋臂,跟今天的银河系一个路数。如果得到证实,它就是人类迄今发现的最遥远的棒旋星系。

所谓棒,是大量恒星排成的长条结构,横贯星系中心,像一个整体一样转动。它的功能类似漏斗,转动时把外围的气体一路导向星系中心,在那里点燃新一轮恒星形成,顺便喂饱中心的黑洞。这种结构在今天的宇宙里很常见,银河系中心就横着一根。

但棒挑地方。它只在动力学上“冷”的星系盘里长得出来。这个冷跟温度无关,指的是秩序:盘里的恒星得沿着规矩的轨道、朝同一个方向安稳转动。宇宙早期的星系恰恰是反面典型,气体又多又猛,还频繁跟别的星系撞成一团,整个盘被搅得“热”而混乱。按原先的理论,这样的盘要熬上几十亿年才能安定下来,棒得排在那之后才登场。

观测起初也确实照着这个剧本走,直到韦布望远镜上岗。它接连在早期宇宙里认出带棒的星系,把棒登场的时间一次次往前提。这一次提到了目前最早:清华大学王霄涵领衔的团队,在韦布和哈勃空间望远镜的数据里发现了编号M1149-BSG-z5的星系,它的光出发时,宇宙的年龄还不到现在的9%。

要在这么远的地方认出一根棒,靠的是一种叫等照度分析的办法:把星系影像的亮度画成一圈套一圈的等高线,从中心往外描,看每一圈的形状和朝向怎么变。棒藏不住,它会把所在位置的等高线拉成细长条。结果很清楚,这个星系中心确实有棒,对整体结构建模也得出同样的答案,外围还认得出旋臂。

这个星系的其他指标同样超龄。它已经攒下约280亿倍太阳质量的恒星,接近今天银河系恒星总量的一半;它造恒星的速度是每年约145个太阳质量,而如今的银河系一年只造1到2个。个头上,它也比同时期的典型星系大出一截,块头赶上了后来那些成熟的棒旋星系。

化学成分讲的也是同一个故事。研究者分析它光谱里各种元素留下的特征谱线,发现这些谱线的强度比例很难用极低金属丰度来解释,而是指向一个方向:气体里已经掺进了不少重元素。这一点很说明问题。宇宙刚开张时只有氢和氦,更重的元素全靠恒星在核聚变中锻造,死亡时抛撒出去。气体里重元素多,意味着好几代恒星已经走完从出生到爆炸的全程,用核聚变的灰烬把整个星系染了一遍。

研究者还发现了一些迹象,表明星系中心坐着一个正在进食的超大质量黑洞。有意思的是它的分量:和整个星系的恒星总量相比,这个黑洞偏小。早期宇宙的黑洞在自家星系里通常占比更高,而它的比例反倒向今天的星系看齐。又是一条成熟特征。

这么老成的星系,到底是怎么速成的?线索之一在它的邻居身上。大约7万光年之外,还不到一个银河系的直径,趴着一个疑似伴星系,暗示两者过去可能有过一次引力上的近距离过招。于是棒的来历就有了两种可能:或者这个星系的盘确实早早冷静了下来,棒是安稳日子里自己长出来的;或者是邻居凑近时的引力扰动,把棒硬生生催了出来。

两种剧本目前分不出高下。研究团队把希望押在后续的运动学观测上,也就是直接测量星系里的恒星和气体怎么运动:既能给这根棒验明正身,也有望锁定它的成因。在那之前只有一件事可以确定,宇宙里有些星系安定下来的速度,比天文学家原先给的时间表快得多。

~~~~~~

图为M1149-BSG-z5与一个疑似伴星系的位置,两者投影距离约7万光年,图源:Xiaohan Wang et al., arXiv (2026)

信源:Karantha, Shreejaya. "JWST finds the most distant barred galaxy candidate in the early universe." Phys.org, edited by Sadie Harley, 7 July 2026