“中国天眼”首次揭示温热原子云中的复杂丝状网络

星际气体云，作为恒星的“前身”，它的结构是什么样的？依托被誉为“中国天眼”的500米口径球面射电望远镜（以下简称“FAST”），中国科学院上海天文台联合国内外科研机构，在一团星际气体云中，首次观测到了由超音速湍流主导的复杂丝状结构网络。这一成果16日在线发表于《自然·天文学》，为揭示处于结构形成早期的星际介质的演化机制提供了全新视角。

这团星际气体云是一个被称作G165的极高速云。这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，在银河系外围空间以每秒约300公里的速度高速运行。G165因其位置偏远、环境孤立，几乎不受恒星辐射、引力扰动等常见因素的影响，成为研究星际云早期阶段的形成与演化的天然理想样本。

不同于混合了冷暖气体的常规高速云，G165的物质几乎完全由暖中性气体构成，冷中性气体成分极少，甚至可以忽略。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更早期阶段。

FAST的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。尽管此前研究表明暖中性介质内部应当平静均匀，但该研究发现，G165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。通过FAST中性氢21厘米谱线，研究者清晰地观测到，G165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，呈现高度结构化的特征。观测显示，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。

为探究这种复杂结构的成因，研究团队利用自主开发的高精度磁流体力学数值模拟工具ORION2进行了数值模拟。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。而且，这一过程无需引力参与，说明在星际云早期阶段，湍流与磁场可能主导其结构形成的过程，这为理解星际云早期结构形成的物理机制提供了重要线索。

此次研究通过深入解析一个极高速云的超音速与丝状特征，不仅为理解银河系外缘原子气体的组织机制、星系范围内的物质循环提供了关键观测证据，还为揭示恒星形成区的物质来源与演化路径开辟了新的研究方向。研究团队表示，未来将继续依托FAST，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物理规律。（记者 颜维琦）