星系中的气体何以翻滚数十亿年不曾停歇？维系星系湍流的能量究竟来自何处？这个困扰天文界近半个世纪的难题，迎来了来自仙女座星系的直接观测答案。

清华大学天文系李菂团队依托“中国天眼”FAST 与美国甚大阵列JVLA开展联合观测，在250万光年外的仙女座星系识别出118个中性氢超泡。研究团队借助这套气体观测数据，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。相关成果于9月17日在线发表于国际期刊《自然・天文》。

长久以来，普通人看星系，目光往往聚焦于熠熠生辉的恒星。但在天文学家眼中，星系的“骨架”是弥漫在恒星之间的星际气体。这些气体不是静止的，它们四处涌动、随机翻滚，形成星系尺度的湍流。

湍流对星系演化至关重要：它改变气体分布，调控气体在引力作用下聚集，而气体聚集，正是恒星诞生的前提。可这里藏着一个困扰学界多年的难题：气体湍流会不断损耗能量，就像水里的波纹会慢慢平息。按照计算，星系气体里湍流的能量大约千万年就会耗散殆尽。但星系的演化跨越数十亿年，想要湍流长久存在，就必须有稳定的能量来源持续“充电”。

天文学家猜想，超新星爆发或许就是这个能量源。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，形成巨大的空腔与膨胀壳层，也就是超泡。半个世纪前，天文学家就在银河系发现了这类膨胀的壳状结构；后续理论研究提出，成群恒星的星风与接连不断的超新星爆发，可以在数千万年的时间里吹出巨型超泡。

但猜想不等于实证。过去的研究大多依靠间接估算，很难明确观测到超新星到底向星际气体输入了多少动能，以及湍流消耗能量的速率。李菂团队将观测目标锁定仙女座星系，结合 FAST 超高灵敏度捕捉弥散气体、JVLA 高分辨率解析精细结构的双重优势，成功识别出118个覆盖完整生命周期的中性氢超泡。定量测算证实，超新星的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的气体湍流。

通俗来看，这一过程串联起了完整的宇宙物质循环。李菂解读，宇宙普通物质仅有氢原子和氦原子，原子聚合形成的分子如同“冰箱冷却剂”，通过辐射能量让稀薄气体不断聚集，最终点燃诞生恒星。恒星的一生深刻改变星际环境：小质量恒星演化成为白矮星，大质量恒星终结于绚烂的超新星爆发。

“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、行星的诞生筑牢物质基础。”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，天体湍流研究的观测维度十分受限。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。该成果不仅补齐了星系演化的关键研究短板，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了重要参照。

解码新知：

天文学家为何偏爱观测仙女座星系

浩瀚宇宙中，仙女座星系一直是天文学家最热衷观测的深空天体，也是人类探索宇宙的“天然实验室”。作为距离银河系最近的大型旋涡星系，它距离地球约250万光年，凭借得天独厚的观测优势和极高的科研价值，成为天文研究的核心目标。

“我们身处银河系内部，星际尘埃会遮挡视线，很难完整观测星系整体的气体结构。”李菂介绍，人类困在银河系之内，难以看清自身星系的全貌。而仙女座给了我们外部视角，可以完整俯瞰整个星系盘，清晰分辨其中的气体壳层、星团与星云，借此理解星际介质和恒星活动之间的相互作用。

仙女座星系更是改写人类宇宙观的关键天体。20世纪20年代，天文学家通过观测仙女座的造父变星，首次证实它位于银河系之外，彻底打破了“宇宙只有银河系”的固有认知，证明了河外星系的存在，为现代宇宙学奠定了重要基础。

除此之外，它还是罕见的动态观测样本。不同于大多远离我们的星系，仙女座星系正持续向银河系靠近，数十亿年后将与银河系碰撞融合。天文学家通过长期观测它的运动轨迹、物质分布和暗物质特征，能够精准模拟星系合并的全过程，探究星系成长、吞并小星系的演化规律。

“同时，它是肉眼可见的最远深空天体，适配全波段天文观测，观测门槛低、数据丰富。凭借这份独特优势，仙女座星系始终是人类探索宇宙奥秘的重要窗口。”李菂说。

编辑：李华山