仙女座星系里的 118 个气泡，回答了一个近半个世纪的老问题

星系里的气体不是静止的。它们在恒星之间涌动翻滚，形成尺度横跨整个星系的湍流。问题是，湍流会耗散能量，按计算大约一千万年就该平息，而星系的演化却跨越数十亿年。这笔能量账一直没人能直接对上，清华大学天文系的李菂团队给出了第一个定量的答案。

一颗超新星能吹多大的泡

大质量恒星走到生命终点会炸开。爆炸把周围气体推开，留下一个巨大的空腔和一圈膨胀的壳层，天文学家管它叫超泡。单个恒星的星风也能吹出这种结构，但要形成星系尺度的扰动，靠一颗恒星不够，需要星团里一批恒星在几千万年里接连爆炸。

难点在于能量传递效率没法直接测。过去的研究只能靠间接估算：理论上超新星能输入多少能量，湍流又需要多少能量来维持，两边各自算一遍再比对。这种对账方式说服力有限，因为输入端的估算误差可能比待验证的效应还大。

图示：仙女座星系盘上中性氢超泡的分布示意，气泡大小对应不同的演化阶段

为什么挑仙女座星系

团队选的目标距地球约 250 万光年。这个距离很合适：足够远，可以把整个星系盘完整收进视场；又足够近，能分辨出单个超泡的结构。观测上用了两套设备配合，中国的 FAST 负责捕捉大尺度弥散的中性氢信号，美国的JVLA负责分辨精细结构。两者拼起来，得到了迄今关于仙女座星系旋涡结构最精细的一张原子气体天图。

在这张图上，团队识别出 118 个中性氢超泡，覆盖了从新生到衰老的完整生命周期，其中演化最晚期的超泡膨胀时间长达约 4000 万年。中性氢是宇宙里最常见的气体形态，也是恒星形成的原料，用它当示踪剂可以直接读出气体的运动和能量状态。

图示：超泡动能输入速率与星际气体湍流耗散速率的对比，两者数值接近

两个速率对上了

有了超泡样本，团队就能做之前做不到的事：一边测算超泡的动能输入速率，一边分离各种干扰因素后估算湍流的耗散速率。超泡的优势在于它同时给出两项约束，动能有多大，以及这份动能是在多长时间里注入的。

结果是两个数值匹配，并且随星系半径变化的趋势也一致。这意味着持续发生的超新星爆发所提供的动能，确实足以补上湍流损耗的那部分。一个延续了近半个世纪的猜想，第一次有了直接的观测证据。

这事为什么重要

湍流不只是让气体看起来更乱。它改变气体分布，调控气体在引力作用下如何聚集，而气体聚集是恒星诞生的前提。也就是说，超新星在吹散气体的同时，也在为下一代恒星准备条件。

李菂的表述是，大质量恒星死亡放出的「烟花」吹出的「泡泡」，有足够能量驱动整个星系尺度的气体复杂运动。超新星把能量、重元素和新生成的尘埃抛回星际介质，一边搅动，一边改造环境。这种反馈循环让星系的物质周转能够持续运转几十亿年。

这项成果于 2026 年 9 月 17 日发表在《自然·天文》，依托 FAST 与 JVLA 的联合观测完成。

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