FAST首次觀測(cè)到星際氣體云復(fù)雜絲狀網(wǎng)絡(luò)：揭秘恒星誕生的“胚胎”暗流

在深邃的銀河系邊緣，一團(tuán)以每秒300公里高速奔襲的星際氣體云——G165極高速云（VHVC），因中國(guó)天眼FAST的銳利目光，首次向人類展露出其內(nèi)部隱藏的宇宙級(jí)“指紋”。2025年7月16日，中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)聯(lián)合國(guó)內(nèi)外團(tuán)隊(duì)在《自然·天文學(xué)》發(fā)表里程碑式成果，首次揭示了星際溫?zé)嵩釉浦杏沙羲偻牧髦鲗?dǎo)的復(fù)雜絲狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這一發(fā)現(xiàn)不僅重塑了天文學(xué)家對(duì)星際介質(zhì)演化的認(rèn)知，也為恒星誕生的初始條件提供了全新觀測(cè)證據(jù)。

宇宙實(shí)驗(yàn)室：孤立的極高速云G165

G165極高速云距離地球約5萬(wàn)光年，位于銀河系盤(pán)面之外的高銀緯區(qū)域。其特殊性在于：

環(huán)境孤立：遠(yuǎn)離恒星輻射和引力擾動(dòng)，成為研究星際云原始狀態(tài)的“天然實(shí)驗(yàn)室”；

成分特殊：主要由暖中性氫原子介質(zhì)構(gòu)成，冷氣體成分極少甚至可忽略；

演化階段：與混合了冷熱氣體的常規(guī)高速云不同，G165代表星際云演化的更早期階段，類似恒星形成的“胚胎期”。

這一環(huán)境使G165成為探索星際介質(zhì)如何從彌散狀態(tài)凝聚成結(jié)構(gòu)的理想樣本，而FAST的介入讓科學(xué)家首次窺見(jiàn)其內(nèi)部隱藏的復(fù)雜動(dòng)態(tài)。

FAST的突破性觀測(cè)：絲狀網(wǎng)絡(luò)與湍流之謎

依托500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（FAST）無(wú)與倫比的靈敏度與空間分辨率，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)中性氫21厘米譜線掃描，揭開(kāi)了G165的神秘面紗：

復(fù)雜絲狀結(jié)構(gòu)：氣體云內(nèi)部存在多重速度層交織的網(wǎng)狀絲狀體，在三維空間中呈現(xiàn)扭曲交錯(cuò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；

超音速湍流：局部氣體速度波動(dòng)超20公里/秒，遠(yuǎn)高于聲速，系統(tǒng)整體呈現(xiàn)強(qiáng)烈湍流特征；

激波壓縮證據(jù)：絲狀體徑向密度剖面的不對(duì)稱性，表明內(nèi)部存在激波壓縮過(guò)程，這是結(jié)構(gòu)形成的關(guān)鍵機(jī)制。

這些觀測(cè)顛覆了傳統(tǒng)認(rèn)知——此前理論認(rèn)為暖中性介質(zhì)內(nèi)部應(yīng)平靜均勻，而FAST揭示的高度結(jié)構(gòu)化特征證實(shí)了湍流在星際云演化中的主導(dǎo)作用。

數(shù)值模擬解密：湍流與磁場(chǎng)的共舞

為探究絲狀結(jié)構(gòu)的成因，團(tuán)隊(duì)利用自主開(kāi)發(fā)的磁流體力學(xué)模擬工具ORION2進(jìn)行高精度數(shù)值實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)：

非引力主導(dǎo)：在沒(méi)有引力參與的條件下，超音速湍流與磁場(chǎng)相互作用即可產(chǎn)生與觀測(cè)吻合的絲狀網(wǎng)絡(luò)；

自然形成機(jī)制：湍流通過(guò)壓縮和剪切氣體，在磁場(chǎng)約束下自然形成多層級(jí)絲狀結(jié)構(gòu)及非對(duì)稱密度分布；

激波的核心作用：湍流碰撞產(chǎn)生的激波進(jìn)一步促使氣體凝結(jié)，為后續(xù)恒星形成奠定物質(zhì)基礎(chǔ)。

這一過(guò)程揭示了星際介質(zhì)在早期演化階段自組織的物理機(jī)制，挑戰(zhàn)了引力為唯一結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)力的傳統(tǒng)模型。

科學(xué)意義：重新書(shū)寫(xiě)星系演化史

G165內(nèi)部絲狀網(wǎng)絡(luò)的發(fā)現(xiàn)具有多重突破性意義：

1. 星系物質(zhì)循環(huán)新證據(jù)：為理解銀河系外緣原子氣體的組織機(jī)制及星系尺度物質(zhì)循環(huán)提供關(guān)鍵觀測(cè)支撐；

2. 恒星起源的線索：闡明星際云向恒星形成區(qū)轉(zhuǎn)化的初始條件，揭示恒星“搖籃”的物質(zhì)來(lái)源；

3. 宇宙結(jié)構(gòu)形成范式：證明在非引力主導(dǎo)環(huán)境下，湍流與磁場(chǎng)可獨(dú)立驅(qū)動(dòng)復(fù)雜結(jié)構(gòu)形成，拓展了宇宙結(jié)構(gòu)演化的理論框架。

該成果標(biāo)志著FAST在揭示星際暗物質(zhì)動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域再次領(lǐng)跑國(guó)際，彰顯了中國(guó)在深空探測(cè)前沿的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

未來(lái)展望：FAST的深空探索藍(lán)圖

研究團(tuán)隊(duì)已規(guī)劃后續(xù)觀測(cè)計(jì)劃：

擴(kuò)大樣本：系統(tǒng)掃描更多極高速云，構(gòu)建星際云結(jié)構(gòu)演化的普適性物理模型；

多波段聯(lián)合：結(jié)合紅外、射電等多波段數(shù)據(jù)，解析氣體云中溫度、磁場(chǎng)的三維分布；

連接恒星形成：追蹤絲狀結(jié)構(gòu)如何進(jìn)一步碎裂坍縮，最終孕育新生恒星。

隨著FAST持續(xù)捕捉宇宙暗流的細(xì)微脈動(dòng)，人類對(duì)星系生態(tài)與生命起源的認(rèn)知邊界正被不斷拓展。這片5萬(wàn)光年外的氣體云網(wǎng)絡(luò)，已然成為解碼恒星誕生密碼的“宇宙羅塞塔石碑”。

探索冷知識(shí)：FAST觀測(cè)的G165云中絲狀體跨度可達(dá)數(shù)光年，但其密度仍不足地球?qū)嶒?yàn)室真空的萬(wàn)億分之一——在近乎虛無(wú)的深空中捕捉如此精微結(jié)構(gòu)，如同在千米外識(shí)別一根發(fā)絲的紋理。

此成果由中科院上海天文臺(tái)博士后劉訓(xùn)川（第一作者兼通訊）、劉鐵與沈志強(qiáng)研究員（共同通訊）領(lǐng)銜完成，相關(guān)數(shù)據(jù)及模擬代碼已通過(guò)《自然·天文學(xué)》開(kāi)放共享。