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很多人会好奇,星系湍流,听起来高深,本质上就如同星系内部星际气体的乱流,和我们地面江河里的水流漩涡、大气湍流是同一个道理。
星系里遍布中性氢气体,这些气体一边不断耗散能量,运动慢慢趋于平静,一边又需要持续的能量补给,维持这种杂乱流动。
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仙女座星系作为银河系最近的大型邻居,位置得天独厚,既足够遥远,能完整看到整个星系盘全貌,距离又仅有250万光年,方便分辨内部细微结构。
这次找到的118个超级气泡,对应的是过去4000万年里,近万次超新星接连爆炸留下的痕迹,部分气泡持续膨胀的时间长达4000万年。
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我们的太阳系本身,就处在一个名叫“本地泡”的同类结构之中,同样是远古超新星爆炸造就,这也意味着,这项研究的结论,同样可以用来理解银河系自身的演化。
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这次成果,不是单台望远镜就能完成,而是两台设备优势互补的典范。中国天眼FAST的特长是捕捉大范围、弥散分布的稀薄星际气体,擅长看清星系大尺度的整体轮廓;
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美国JVLA阵列,则擅长分辨细小的壳层结构,看清气泡边缘的精细细节,所以有人称其为“美国天眼”。
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如果单独使用两者的其中一台,那么就很可能要么看不清气泡外壳,要么抓不住大范围气体湍流的整体状态,很难识别那些演化晚期、膨胀缓慢的老旧超泡。
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这项研究不只是找到一堆宇宙气泡,它解决了星系演化最核心的一环。星系里的恒星诞生,完全依赖星际气体。湍流会搅动气体,改变气体聚集、冷却的节奏,直接决定星系中新恒星诞生的快慢。
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超新星爆炸吹出气泡,把恒星内部锻造出的碳、氧、铁等重元素抛洒到星际空间,这些元素正是行星、岩石乃至生命诞生的原料。
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在此之前,科学家只能依靠恒星形成数量去估算超新星释放的能量,只能人为假设能量传递的效率,存在很大不确定性。而本次研究直接测量气泡的动能输入速率,对比湍流能量耗散速率,两者数值高度匹配,直接定量证实,超新星爆炸产生的能量,刚好可以补上湍流持续损耗的能量。这给整个星系演化模型补上了关键的实证链条。
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放眼未来,这次仙女座星系的观测经验,也会为后续研究银河系、其他河外星系提供成熟的观测方案。人类探索宇宙的过程,从来不是靠单一设备孤军奋战,中国天眼这类大国重器,搭配国际合作,持续揭开宇宙深处藏了千万年的秘密。
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