宇宙中的气体并非始终处于静止状态。受到恒星活动、引力作用以及爆炸冲击等多种因素影响，星系内部往往存在复杂而持续的气体运动，这种随机、无规则的运动被称为“星系湍流”。
长期以来，科学家一直在探索星系湍流究竟由何种机制驱动。近日，中外科研团队通过对仙女座星系内超级气泡的系统观测和分析，取得了新的研究进展，证实连续发生的超新星爆炸能够为星系湍流提供重要能量。
相关成果于9月17日在线发表于国际学术期刊《自然-天文学》。
超级气泡，是指大质量恒星在演化和死亡过程中释放巨大能量后，在星际气体中形成的巨大空洞结构。它们通常与恒星形成区、超新星爆炸以及大规模气体运动密切相关，因此也被视为研究星系演化的重要“窗口”。
此次研究聚焦距离地球约250万光年的仙女座星系。由清华大学天文系主任、中国天眼FAST原首席科学家李菂教授带领的研究团队，联合中国科学院国家天文台以及国内外多家科研机构，利用中国天眼FAST与美国卡尔·央斯基甚大阵列望远镜JVLA开展联合观测。
通过两台望远镜的优势互补，科研人员最终在仙女座星系中识别出118个超级气泡，为进一步分析其形成机制及能量演化过程提供了较为丰富的观测样本。
研究人员介绍，这些超级气泡并非短时间内突然形成，而是与大质量恒星的演化过程密切相关。
当大质量恒星走到生命末期并发生超新星爆炸时，会向周围星际介质释放大量能量，推动气体扩张，并逐渐形成巨大的空洞结构。此次发现的118个超级气泡，对应着过去约4000万年间近万次超新星爆炸留下的活动痕迹。
在研究过程中，团队通过实际观测，分别估算了超级气泡向星际介质输入的平均动能速率，以及星系湍流在演化过程中的能量耗散速率。两项数据的对比，为判断星系湍流的能量来源提供了直接依据。
研究结果表明，星团中持续发生的超新星爆炸，能够不断向周围气体注入能量，并推动星系内部形成和维持湍流运动。这一发现帮助科学家进一步厘清了恒星活动与星系大尺度气体运动之间的联系。
此次研究能够取得进展，与两台大型射电望远镜的联合观测密不可分。
中国天眼FAST在探测大尺度、弥散状气体方面具有较高灵敏度，能够帮助研究人员捕捉星系中较为微弱、范围广泛的气体信号。而JVLA则在分辨星际气体细节方面具有优势，可以进一步呈现超级气泡的形态、结构及其周边气体分布。
论文第一作者、清华大学天文系博士后孟繁一表示，正是依靠FAST对大尺度弥散气体的高灵敏测量，以及JVLA对星际气体的精细分辨，研究团队才得以对超级气泡进行更加准确、完整的观测分析。
这种“精确画像”不仅让科研人员看清了超级气泡的结构，也为追踪跨越数千万年的能量注入、传递与耗散过程创造了条件。
星系湍流并不是单纯的气体随机运动，它还会对星系的长期演化产生重要影响。
在引力作用下，星际气体会逐渐聚集，并可能形成新的恒星。湍流则会改变气体的密度、运动状态和聚集方式，从而影响恒星形成的效率与节奏。同时，湍流还参与调节星系内部物质循环，对星系形态演变和气体分布具有重要作用。
过去，由于观测技术限制，科学家对星系湍流能量来源的判断，较多依赖理论模型和间接估算。此次通过超级气泡开展的直接观测，为相关研究提供了新的证据，也让人们对超新星爆炸如何影响星系内部气体有了更清晰的认识。
李菉表示，天体演化与地球自身的演化存在紧密联系。深入研究近邻星系中的超新星爆炸及其对星际气体的影响，有助于科学家理解星系形态变化和相关物理过程。
仙女座星系是距离银河系较近的大型星系之一。对它开展细致研究，不仅能够帮助人类认识其他星系的运行规律，也能够为理解银河系的结构、恒星形成以及气体运动提供参考。
从发现超级气泡，到测算能量输入与湍流耗散，再到揭示超新星爆炸在星系演化中的作用，这项研究展现了现代射电天文学在探索宇宙复杂过程方面的能力。随着观测设备和分析技术不断进步，科学家有望进一步追踪星际气体的运动轨迹，揭开更多关于星系形成与演化的奥秘。