星際氣體云，作為恒星的“前身”，它的結(jié)構(gòu)是什么樣的？依托被譽(yù)為“中國天眼”的500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（以下簡稱“FAST”），中國科學(xué)院上海天文臺聯(lián)合國內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)，在一團(tuán)星際氣體云中，首次觀測到了由超音速湍流主導(dǎo)的復(fù)雜絲狀結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。這一成果16日在線發(fā)表于《自然·天文學(xué)》，為揭示處于結(jié)構(gòu)形成早期的星際介質(zhì)的演化機(jī)制提供了全新視角。
這團(tuán)星際氣體云是一個(gè)被稱作G165的極高速云。這是一團(tuán)由氫原子組成的大質(zhì)量氣體云，距離地球約5萬光年，在銀河系外圍空間以每秒約300公里的速度高速運(yùn)行。G165因其位置偏遠(yuǎn)、環(huán)境孤立，幾乎不受恒星輻射、引力擾動(dòng)等常見因素的影響，成為研究星際云早期階段的形成與演化的天然理想樣本。
不同于混合了冷暖氣體的常規(guī)高速云，G165的物質(zhì)幾乎完全由暖中性氣體構(gòu)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為代表的極高速云處于星際云演化過程中的更早期階段。
FAST的超高靈敏度與空間分辨率使科學(xué)家得以揭示極高速云內(nèi)部前所未有的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。盡管此前研究表明暖中性介質(zhì)內(nèi)部應(yīng)當(dāng)平靜均勻，但該研究發(fā)現(xiàn)，G165內(nèi)部存在顯著的超音速湍流運(yùn)動(dòng)，局部速度波動(dòng)超過每秒20公里。通過FAST中性氫21厘米譜線，研究者清晰地觀測到，G165內(nèi)部充滿復(fù)雜交織的絲狀結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)在多個(gè)速度層中形成網(wǎng)狀分布，呈現(xiàn)高度結(jié)構(gòu)化的特征。觀測顯示，這些絲狀體在三維空間中以扭曲形態(tài)相互交錯(cuò)，構(gòu)成復(fù)雜的氣體網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌鋸较蛎芏绕拭娉尸F(xiàn)顯著不對稱性，這表明，G165內(nèi)部存在激波壓縮過程，系統(tǒng)整體呈現(xiàn)出強(qiáng)烈的湍流特征。
為探究這種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的成因，研究團(tuán)隊(duì)利用自主開發(fā)的高精度磁流體力學(xué)數(shù)值模擬工具ORION2進(jìn)行了數(shù)值模擬。結(jié)果表明，在磁場的配合作用下，超音速湍流能夠自然產(chǎn)生與觀測結(jié)果相符的絲狀結(jié)構(gòu)與動(dòng)態(tài)氣體行為。而且，這一過程無需引力參與，說明在星際云早期階段，湍流與磁場可能主導(dǎo)其結(jié)構(gòu)形成的過程，這為理解星際云早期結(jié)構(gòu)形成的物理機(jī)制提供了重要線索。
此次研究通過深入解析一個(gè)極高速云的超音速與絲狀特征，不僅為理解銀河系外緣原子氣體的組織機(jī)制、星系范圍內(nèi)的物質(zhì)循環(huán)提供了關(guān)鍵觀測證據(jù)，還為揭示恒星形成區(qū)的物質(zhì)來源與演化路徑開辟了新的研究方向。研究團(tuán)隊(duì)表示，未來將繼續(xù)依托FAST，對更多極高速云開展系統(tǒng)觀測，進(jìn)一步探索星際結(jié)構(gòu)形成的物理規(guī)律。（記者 顏維琦）
編輯：郭成
