清华大学天文系李菂团队合作发现仙女座超大气泡驱动星系湍流

1979年，天文学家卡尔·海尔斯（Carl Heiles）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。这类被称为“超泡”的巨大结构，可由恒星风和连续的超新星爆发共同形成。

超泡也为一个长期悬而未决的问题提供了线索：是什么维持着影响恒星形成的星际湍流？湍流是气体不规则的运动，会持续损失能量，而超新星释放的能量究竟有多少传入气体，一直难以测定。如今，清华大学天文系李菂教授团队通过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。团队联合“中国天眼”FAST和美国卡尔·央斯基甚大阵列（JVLA）的观测，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。

观测给出了壳层的尺度、膨胀速度与周围气体密度。利用这些测量，团队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。

研究人员还考虑星系旋转和热运动的影响，估算湍流的能量耗散速率。输入与耗散不仅数值相当，随星系半径的变化趋势也一致，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。

仙女座星系的原子氢超泡与湍流能量收支。（a–c）FAST、JVLA及联合数据呈现的原子氢分布。（d）红色椭圆标出118个膨胀超泡，灰色等高线描绘原子氢辐射。（e）超泡能量注入率（红圆）与湍流耗散率（灰带）在大小和径向变化上吻合；绿色区域为磁旋转不稳定性的预计贡献，蓝色三角为早期研究的气泡样本，插图展示其完整数值范围

相关成果以“超泡揭示星系湍流的超新星起源”（Supernova origin of galactic turbulence revealed by superbubbles）为题，于9月17日在线发表于《自然·天文》（Nature Astronomy）。

研究由清华大学天文系李菂团队牵头，联合中国科学院国家天文台及国际合作者完成，清华大学为论文第一署名单位。清华大学天文系博士后孟繁一与国家天文台蔡肇伟、吴京文为共同第一作者，李菂为通讯作者。研究得到国家自然科学基金、新基石科学基金会等资助。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41550-026-02981-9

供稿：天文系

编辑：李华山

审核：王晓霞