浙江
9月17日，清华大学天文系牵头在《自然·天文》期刊发布最新研究成果。（学校供图）
9月17日，清华大学天文系牵头在《自然·天文》期刊发布最新研究成果：研究团队利用500米口径球面射电望远镜（FAST）——“中国天眼”与美国甚大阵射电望远镜（JVLA）的联合观测数据，在距离地球约250万光年的仙女座星系中识别出118个演化晚期的中性氢超泡，并首次直接证明，星团中接连发生的超新星爆发，足以长期驱动星系盘中普遍存在的气体湍流。
研究团队牵头人、清华天文系主任李菂解读，该成果把两条跨越数十年的天文研究线索串联到了一起：一条是天文学家对星际超泡起源的持续追踪，另一条则是关于星系湍流能量来源的长期探索。
早在20世纪70年代，天文学家就在银河系中发现了巨大的膨胀气体壳层，它们的尺度可达数百甚至上千光年，能量远超单次超新星爆炸的释放极限。此后数十年里，学界逐步建立起“超泡”图像——成群的大质量恒星在生命终点接连爆发，用数千万年的恒星风和超新星冲击，在星际介质中“吹”出巨大的空腔与膨胀壳层。
而几乎在同一时期，另一批天文学家意识到，星际气体并非静止有序，而是在不同尺度上普遍存在复杂的随机运动，也就是“湍流”。这种运动直接决定了气体如何聚集、坍缩，最终触发新一轮恒星形成，是调节星系演化节奏的关键环节。但困扰学界多年的问题是：湍流的能量会在大约千万年的时间里快速耗散，远短于星系本身的演化寿命，究竟是什么机制，能持续为整个星系的湍流“充电”？
李菂说，过去几十年里，超新星一直被认为是最可能的能量来源，但始终缺少直接的定量证据。研究者只能通过恒星形成率间接推算能量输入，很难同时测出气体实际获得的动能，以及这种输入能够稳定维持的时间。而清华团队本次科研的新思路，恰恰利用了此前被研究近半个世纪的超泡——这些由恒星活动亲手塑造的气体壳层，本身就是天然的“能量计时器”。
团队选择仙女座星系作为观测目标，看中了它距离足够近，能让望远镜分辨出大型超泡的精细结构，还能从外部视角完整观测整个星系盘的气体分布。
“中国天眼”对大尺度弥散气体的高灵敏度测量，与甚大阵射电望远镜对精细结构的出色分辨能力形成互补，让一批此前容易被忽略、已经演化到晚期、膨胀速度放缓的超泡首次被系统识别出来。基于118个超泡的尺度、膨胀速度和环境密度，团队精确算出了它们的长期平均动能输入速率，同时在星系旋转干扰较小的区域，独立估算出中性氢湍流的耗散速率。最终结果显示，两者不仅数值相当，随星系半径的变化趋势也相符。
“过去我们对湍流的观测，很多时候停留在统计标度的层面。这次我们把两台世界级射电望远镜的优势结合起来，用仙女座里实实在在的气体结构，把跨越数千万年的能量传递过程‘算’了出来。”李菂表示，这项工作为恒星反馈如何塑造星系演化提供了直接的定量观测支撑，也意味着未来天文学家可以通过更多不同类型星系中的超泡统计，进一步厘清超新星在不同恒星形成环境中扮演的角色。
来源：北京日报客户端
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