仙女座星系的原子氢超泡与湍流能量收支。

本报讯 1979年，天文学家卡尔·海尔斯在银河系中辨认出巨大的中性氢壳层，其中一些正在膨胀，尺度达数百乃至上千光年，最大的壳层所需能量超出了单次超新星爆发所能提供的能量。这类巨大结构被称为“超泡”，可由恒星风和连续的超新星爆发共同形成，它为研究星际湍流的相关问题提供了线索。长期以来，是什么维持着影响恒星形成的星际湍流？这个问题悬而未决，原因之一在于，湍流是气体不规则的运动，会持续损失能量，在研究过程中，超新星释放的能量究竟有多少传入气体一直难以测定。

近日，清华大学天文系李菂教授团队联合中国科学院国家天文台和国际合作者，通过观测仙女座星系中的超泡发现：连续的超新星爆发能够提供足够的能量维持其中观测到的中性氢气体湍流。

仙女座星系（M31）距离地球约250万光年，为从外部观测完整星系盘提供了条件。团队基于“中国天眼”FAST和美国卡尔·央斯基甚大阵列的观测数据，兼顾弥散气体与壳层的精细结构，发现118个正在膨胀的超泡，其中包含膨胀缓慢、估算年龄可达约4000万年的结构。

研究团队观测到了壳层的尺度、膨胀速度与周围气体密度，并利用这些测量数据，估算出实际传入气体的动能及能量输入的持续时间，进而得到平均能量输入速率。这一方法依据气体本身的观测估算能量输入，无需预先假定能量传递效率。研究人员还通过考虑星系旋转和热运动的影响，估算出湍流的能量耗散速率。

研究发现，湍流的能量输入速率与耗散速率不仅数值相当，随星系半径的变化趋势也一致，这一结果为成群超新星爆发能够维持M31的中性氢湍流提供了直接定量证据。

研究成果以“超泡揭示星系湍流的超新星起源”为题，在线发表于《自然·天文》（Nature Astronomy）期刊。李菂为论文通讯作者，清华大学天文系博士后孟繁一与中国科学院国家天文台研究员蔡肇伟、吴京文为共同第一作者。

（天文系）