中國科學院上海天文臺聯合國內外科研機構，依托500米口徑球面射電望遠鏡（FAST），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。這一成果為揭示星際介質在結構形成早期的演化機制提供了全新視角。
該研究的對象是一個被稱作G165的極高速云。這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域，在銀河系外圍空間以每秒約300公里的速度高速運行。G165極高速云因其位置偏遠、環境孤立，幾乎不受恒星輻射與引力擾動等常見因素影響，成為研究星際云早期階段的形成與演化的理想天然實驗室。
FAST的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。觀測研究表明，G165氣體云主要由暖中性介質組成，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。常規高速云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。
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，但該研究通過FAST中性氫21厘米譜線觀測，清晰地揭示出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。觀測顯示，這些絲狀體在三維空間中以扭曲形態相互交錯，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。這一結構形態表明G165內部存在激波壓縮過程，系統整體呈現出強烈的湍流特征。
為探究這種復雜結構的成因，研究團隊成員、上海天文臺研究員李北成利用自主開發的高精度磁流體力學數值模擬工具ORION2進行了數值模擬。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。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云早期階段主導其結構形成過程，為理解星際云早期結構形成的物理機制提供了重要線索。
該研究成果為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，為揭示恒星形成區的物質來源與演化路徑提供了新線索，也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境下的演化機制開辟了新的方向。
相關研究成果7月16日在線發表于《自然-天文學》（Nature Astronomy）。
論文鏈接
具有復雜內部結構的極高速云概念圖
FAST觀測的極高速云G165的HI 21 cm譜線的空間-速度三維結構及其識別出的復雜絲狀網絡。曲線是絲狀網絡的骨架，可以看到G165內部結構非常復雜，遠非均勻平靜。
本文鏈接：天文學家首次揭示溫熱原子云中的復雜絲狀網絡http://www.sq15.cn/show-12-1477-0.html
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