“中国天眼”FAST联合观测，破解星系湍流能量来源难题

普通人看星系，目光往往聚焦熠熠生辉的恒星，但在天文学家眼中，星系的“骨架”是弥漫在恒星间的星际气体。这些气体四处涌动、随机翻滚，形成星系尺度的湍流。星系气体何以翻滚数十亿年不曾停歇?维系星系湍流的能量来自何处?这个困扰天文界近半个世纪的难题，迎来来自仙女座星系的直接观测答案。

清华大学天文系主任李菂团队依托“中国天眼”FAST与美国卡尔·央斯基甚大阵列望远镜开展联合观测，在250万光年外的仙女座星系识别出118个中性氢超级气泡。研究团队借助气体观测数据，首次定量证实：星团内接连发生的超新星爆发，持续输入的动能足以长期维持星系湍流。相关成果近日发表。

湍流对星系演化至关重要：它改变气体分布，调控气体在引力下聚集，而气体聚集正是恒星诞生的前提。但气体湍流会不断损耗能量，就像水中波纹慢慢平息。按计算，星系气体湍流能量约千万年就会耗散殆尽，而星系演化跨越数十亿年，想要湍流长久存在，就必须有稳定能量来源持续“充电”。

天文学家猜想，超新星爆发或许就是能量源。大质量恒星走到生命终点轰然爆炸，释放巨大能量，吹开周边气体，形成巨大空腔与膨胀壳层，即超泡。后续理论提出，成群恒星星风与接连不断的超新星爆发，可在数千万年吹出巨型超泡。但猜想不等于实证，过去研究多依靠间接估算，很难明确观测到超新星向星际气体输入多少动能，以及湍流消耗能量的速率。

研究团队将目标锁定仙女座星系，成功识别118个覆盖完整生命周期的中性氢超泡。定量测算证实，超新星能量输入速率与星系湍流耗散速率紧密匹配，足以长期维系星系尺度气体湍流。“超新星爆发会将巨大能量、重元素和全新尘埃抛回星际介质，一边吹散、搅动宇宙气体，一边改造星际环境，为下一代恒星、行星诞生筑牢物质基础。”李菂表示，正是这种生生不息的恒星反馈，让宇宙物质循环持续运转。

长久以来，天体湍流研究观测维度十分受限。此次研究跳出传统框架，从星系超大尺度切入，清晰阐明恒星死亡、超泡扩张、湍流维持、星系演化的完整物理链条。成果不仅补齐星系演化关键研究短板，也为解读太阳系本地气泡环境、追溯地球宜居条件的宇宙成因提供重要参照。