星際氣體云，作為恒星的“前身”，它的結構是什么樣的？依托被譽為“中國天眼”的500米口徑球面射電望遠鏡（以下簡稱“FAST”），中國科學院上海天文臺聯合國內外科研機構，在一團星際氣體云中，首次觀測到了由超音速湍流主導的復雜絲狀結構網絡。這一成果16日在線發表于《自然·天文學》，為揭示處于結構形成早期的星際介質的演化機制提供了全新視角。
這團星際氣體云是一個被稱作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，在銀河系外圍空間以每秒約300公里的速度高速運行。G165因其位置偏遠、環境孤立，幾乎不受恒星輻射、引力擾動等常見因素的影響，成為研究星際云早期階段的形成與演化的天然理想樣本。
不同于混合了冷暖氣體的常規高速云，G165的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。
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。盡管此前研究表明暖中性介質內部應當平靜均勻，但該研究發現，G165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。通過FAST中性氫21厘米譜線，研究者清晰地觀測到，G165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，呈現高度結構化的特征。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。而且，這一過程無需引力參與，說明在星際云早期階段，湍流與磁場可能主導其結構形成的過程，這為理解星際云早期結構形成的物理機制提供了重要線索。
此次研究通過深入解析一個極高速云的超音速與絲狀特征，不僅為理解銀河系外緣原子氣體的組織機制、星系范圍內的物質循環提供了關鍵觀測證據，還為揭示恒星形成區的物質來源與演化路徑開辟了新的研究方向。研究團隊表示，未來將繼續依托FAST，對更多極高速云開展系統觀測，進一步探索星際結構形成的物理規律。（記者 顏維琦）
