星际介质早期如何演化？“中国天眼”最新观测成果揭示全新视角

中新网北京7月16日电 (记者 孙自法 郑莹莹)依托被誉为“中国天眼”的500米口径球面射电望远镜(FAST)，中国科学院上海天文台联合中外科研机构，最近在银河系一团超高速运动的星际气体云中，首次观测到由超音速湍流主导的复杂丝状结构网络。

本项研究的具有复杂内部结构的极高速云概念图(图片利用人工智能生成)。中国科学院上海天文台 供图　　这项重要天文观测研究成果，为揭示星际介质在早期演化阶段的结构形成机制提供了全新视角。相关研究论文，7月16日在国际专业学术期刊《自然-天文学》(Nature Astronomy)上线发表。

提供关键观测证据

此次“中国天眼”的观测对象是一个被称作G165的极高速云(VHVC)，它是一团由氢原子组成的大质量气体云，距离地球约5万光年，位于远离银河盘面的高银纬区域，在银河系外围空间以每秒约300公里的速度高速运行。

论文第一作者及通讯作者、中国科学院上海天文台博士后刘训川介绍说，G165极高速云因其位置偏远、环境孤立，几乎不受恒星辐射与引力扰动等因素影响，成为研究星际云早期阶段内部气体结构形成及演化的理想天然实验室。

本项研究成果为理解银河系外缘原子气体的内部结构形成，以及星系尺度的物质循环提供关键观测证据，也为揭示银河系恒星形成的物质来源与演化路径提供新线索。

同时，该成果通过深入解析一个由暖中性介质主导的极高速云所展现出超音速与丝状特征，为探索宇宙中结构形成的物理过程，尤其是在非引力主导环境下的演化机制，开辟了新的研究方向。

呈现强烈湍流特征

论文共同通讯作者、中国科学院上海天文台研究员沈志强表示，“中国天眼”以其超高灵敏度与空间分辨率，使科学家得以揭示极高速云内部前所未有的结构细节。这次观测研究表明，G165气体云主要由暖中性介质(WNM)组成，内部存在显著的超音速湍流运动，局部速度波动超过每秒20公里。

常规高速云(HVC)通常具有显著的冷暖气体混合特征，而G165则表现出截然不同的组成结构：其物质几乎完全由暖中性气体构成，冷中性气体(CNM)成分极少甚至可以忽略。论文共同通讯作者、中国科学院上海天文台研究员刘铁指出，这一显著差异表明，以G165为代表的极高速云处于星际云演化过程中的极早期阶段。

令人尤为意外的是，尽管此前研究表明暖中性介质内部应当平静均匀，但本项研究通过“中国天眼”中性氢21厘米谱线观测，清晰揭示出G165内部存在高度结构化的特征：其内部充满复杂交织的丝状结构，这些结构在多个速度层中形成网状分布。

进一步通过“中国天眼”观测研究显示，这些丝状体在三维空间中以扭曲形态相互交错，构成复杂的气体网络拓扑，其径向密度剖面呈现显著不对称性。这些结构形态表明，G165内部存在激波压缩过程，系统整体呈现出强烈的湍流特征。

进一步探索星际结构

为探究这种复杂结构的成因，论文作者之一、中国科学院上海天文台研究员李北成利用自主开发的高精度磁流体力学数值模拟工具进行数值模拟。

本项研究的相关示意图。中国科学院上海天文台 供图　　结果表明，在磁场的配合作用下，超音速湍流能够自然产生与观测结果相符的丝状结构与动态气体行为，包括多速度分层结构、偏斜的密度概率分布函数、不对称的径向剖面以及特定的线宽分布等。

特别是这一过程无需引力参与，说明湍流与磁场本身，可能在星际云早期阶段就主导其结构形成过程，从而为理解星际云早期结构形成的物理机制提供重要线索。

研究团队表示，相关研究未来将继续依托“中国天眼”，对更多极高速云开展系统观测，进一步探索星际结构形成的普适物理规律。(完)