“中國天眼”立新功！首次看清超高速星際雲內部的細節結構

記者從中國科學院上海天文臺獲悉，依託“中國天眼”，中外天文學家在銀河系一團超高速運動的星際氣體雲中，首次觀測到了由超音速湍流主導的複雜絲狀結構網絡。這一成果爲揭示星際雲這一恆星形成區的物質來源與演化路徑提供了新線索。相關成果今天在線發表於國際學術期刊《自然·天文學》。

“中國天眼”全稱500米口徑球面射電望遠鏡，英文縮寫爲FAST，是我國獨立自主設計並建造的世界最大的單口徑射電望遠鏡。此次FAST的觀測對象是一個被稱作G165的極高速雲。這是一團由氫原子組成的大質量氣體雲，在銀河系外圍空間以每秒約300公里的速度高速運行。因其位置偏遠、環境孤立，G165幾乎不受恆星輻射與引力擾動等常見因素影響，成爲研究星際雲早期階段的形成與演化的理想天然實驗室。

很多天文學家畢其一生都在探索星際雲，因爲這是新恆星和行星形成的地方，其中或許隱藏着太陽系誕生的祕密。

FAST的超高靈敏度與空間分辨率使科學家得以揭示極高速雲內部前所未有的結構細節。常規高速雲通常具有顯著的冷暖氣體混合特徵，而G165幾乎完全由暖中性氣體構成，冷中性氣體成分極少甚至可以忽略。這一顯著差異表明以G165爲代表的極高速雲處於星際雲演化過程中的更早期階段。

FAST觀測的極高速雲G165的HI 21 cm譜線的空間-速度三維結構及其識別出的複雜絲狀網絡。曲線是絲狀網絡的骨架。可以看到G165內部結構非常複雜，遠非均勻平靜。

令人尤爲意外的是，儘管此前研究表明暖中性介質內部應當平靜均勻，但該研究清晰地揭示出G165內部存在高度結構化的特徵：其內部充滿複雜交織的絲狀結構，這些結構在多個速度層中形成網狀分佈，表明G165內部存在激波壓縮過程，系統整體呈現出強烈的湍流特徵。

爲探究這種複雜結構的成因，研究團隊成員李北成研究員展開進一步研究。結果表明，在磁場的配合作用下，超音速湍流能夠自然產生與觀測結果相符的絲狀結構與動態氣體行爲。值得強調的是，這一過程無需引力參與，說明湍流與磁場本身就可能在星際雲早期階段主導其結構形成過程，爲理解星際雲早期結構形成的物理機制提供了重要線索。

該研究成果爲理解銀河系外緣原子氣體的組織機制以及星系尺度的物質循環提供了關鍵觀測證據，也爲揭示恆星形成區的物質來源與演化路徑提供了新線索。通過對一個由暖中性介質主導的極高速雲所展現出的超音速與絲狀特徵的深入解析，該成果爲探索宇宙中結構形成的物理過程，尤其是在非引力主導環境下的演化機制，開闢了新的研究方向。

科研團隊表示，未來將繼續依託FAST望遠鏡，對更多極高速雲開展系統觀測，進一步探索星際結構形成的普適物理規律。

上海天文臺博士後劉訓川爲該論文的第一作者及通訊作者，劉鐵研究員和沈志強研究員爲共同通訊作者。