中新網北京7月16日電 (記者 孫自法 鄭瑩瑩)依托被譽為“中國天眼”的500米口徑球面射電望遠鏡(FAST)，中國科學院上海天文臺聯(lián)合中外科研機構，最近在銀河系一團超高速運動的星際氣體云中，首次觀測到由超音速湍流主導的復雜絲狀結構網絡。

這項重要天文觀測研究成果，為揭示星際介質在早期演化階段的結構形成機制提供了全新視角。相關研究論文，7月16日在國際專業(yè)學術期刊《自然-天文學》(Nature Astronomy)上線發(fā)表。

提供關鍵觀測證據

此次“中國天眼”的觀測對象是一個被稱作G165的極高速云(VHVC)，它是一團由氫原子組成的大質量氣體云，距離地球約5萬光年，位于遠離銀河盤面的高銀緯區(qū)域，在銀河系外圍空間以每秒約300公里的速度高速運行。

論文第一作者及通訊作者、中國科學院上海天文臺博士后劉訓川介紹說，G165極高速云因其位置偏遠、環(huán)境孤立，幾乎不受恒星輻射與引力擾動等因素影響，成為研究星際云早期階段內部氣體結構形成及演化的理想天然實驗室。

本項研究成果為理解銀河系外緣原子氣體的內部結構形成，以及星系尺度的物質循環(huán)提供關鍵觀測證據，也為揭示銀河系恒星形成的物質來源與演化路徑提供新線索。

同時，該成果通過深入解析一個由暖中性介質主導的極高速云所展現出超音速與絲狀特征，為探索宇宙中結構形成的物理過程，尤其是在非引力主導環(huán)境下的演化機制，開辟了新的研究方向。

呈現強烈湍流特征

論文共同通訊作者、中國科學院上海天文臺研究員沈志強表示，“中國天眼”以其超高靈敏度與空間分辨率，使科學家得以揭示極高速云內部前所未有的結構細節(jié)。這次觀測研究表明，G165氣體云主要由暖中性介質(WNM)組成，內部存在顯著的超音速湍流運動，局部速度波動超過每秒20公里。

常規(guī)高速云(HVC)通常具有顯著的冷暖氣體混合特征，而G165則表現出截然不同的組成結構：其物質幾乎完全由暖中性氣體構成，冷中性氣體(CNM)成分極少甚至可以忽略。論文共同通訊作者、中國科學院上海天文臺研究員劉鐵指出，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極早期階段。

令人尤為意外的是，盡管此前研究表明暖中性介質內部應當平靜均勻，但本項研究通過“中國天眼”中性氫21厘米譜線觀測，清晰揭示出G165內部存在高度結構化的特征：其內部充滿復雜交織的絲狀結構，這些結構在多個速度層中形成網狀分布。

進一步通過“中國天眼”觀測研究顯示，這些絲狀體在三維空間中以扭曲形態(tài)相互交錯，構成復雜的氣體網絡拓撲，其徑向密度剖面呈現顯著不對稱性。這些結構形態(tài)表明，G165內部存在激波壓縮過程，系統(tǒng)整體呈現出強烈的湍流特征。

進一步探索星際結構

為探究這種復雜結構的成因，論文作者之一、中國科學院上海天文臺研究員李北成利用自主開發(fā)的高精度磁流體力學數值模擬工具進行數值模擬。

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(tài)氣體行為，包括多速度分層結構、偏斜的密度概率分布函數、不對稱的徑向剖面以及特定的線寬分布等。

特別是這一過程無需引力參與，說明湍流與磁場本身，可能在星際云早期階段就主導其結構形成過程，從而為理解星際云早期結構形成的物理機制提供重要線索。

研究團隊表示，相關研究未來將繼續(xù)依托“中國天眼”，對更多極高速云開展系統(tǒng)觀測，進一步探索星際結構形成的普適物理規(guī)律。(完)

來源：中新網