近日，一支由中国学者牵头，联合芬兰、美国、西班牙、智利、德国、韩国等多国科研人员组成的国际团队，依托ALMA-ATOMS项目数据完成一项重要研究。该成果挑战了天文学界长期以来 “分子云小尺度结构演化由引力主导” 的经典范式，揭示即便在临近恒星诞生的亚秒差距超临界气体纤维内部，湍流仍可能是支配气体运动与结构演化的核心力量，为解析恒星形成初期的动力学机制提供了关键观测证据，相关论文已发布于《SCIENCE CHINA Physics, Mechanics & Astronomy》。

恒星诞生于分子云内部致密的气体纤维结构之中，这类纤维的碎裂、坍缩与物质吸积过程，是当代天体物理领域的核心研究课题。长久以来，主流理论分为两大流派：一派认为超音速湍流主导纤维结构的形成及碎裂过程，另一派则强调引力发挥关键作用。以往观测多聚焦于 1-10 秒差距的大尺度纤维整体结构及运动，针对亚秒差距（小于 1 秒差距） 这一恒星孕育核心区域的系统性动力学统计研究十分匮乏，两大理论模型始终缺乏充分的观测检验。

为填补这一研究空白，科研团队利用阿塔卡玛毫米波/亚毫米波阵列（ALMA） 开展的ATOMS 巡天项目观测采集的H¹³CO⁺ J=1-0分子谱线数据，对146 个银河系活跃大质量恒星形成区开展了深度分析。H¹³CO⁺ J=1-0分子谱线光学薄，能够精准示踪致密气体的运动状态。研究人员借助 CRISPy 算法，在位置-位置-速度（PPV）三维空间中识别出837 个速度连续气体纤维，其中 214 个纤维长宽比大于 5，纤维长度分布在 0.02 秒差距至 1.6 秒差距之间，中位长度为 0.23 秒差距。统计结果显示，样本中 98%（823 个）的纤维线密度超过临界值，属于引力束缚的超临界纤维，按照传统理论，这类结构本应在引力作用下有序收缩、碎裂并孕育恒星。

图1. 上图：利用CRISPy 算法在位置-位置-速度（PPV）三维空间证认的气体纤维结构。下图：气体纤维结构在天空平面的投影。

团队创新性地采用矢量场分解技术，逐像素解析纤维内部速度梯度、强度梯度与引力场的分布规律，将各类梯度拆解为平行、垂直于纤维主轴的两个正交分量，以此区分沿纤维的径向运动与横向运动。观测数据显示，纤维内部平行方向与垂直方向的局部速度梯度数值高度接近，说明气体并非仅沿纤维径向运动，横向运动同样不可忽视。

进一步的空间取向分析带来了颠覆性发现。研究人员测量了速度梯度、密度强度梯度、引力场相对纤维主轴的夹角分布：密度梯度与引力场均显著偏向垂直于纤维主轴的方向；但速度梯度的空间取向完全呈现随机分布特征，不存在与纤维主轴、局部引力场的关联。即便在尺度小于 0.1 秒差距、学界普遍认为引力绝对占优的区域，气体运动依旧杂乱无章。同时，相关性分析表明，速度梯度与气体面密度、局部引力加速度之间均无明显关联，排除了局部引力主导气体运动的可能性。

论文第一作者，太原师范学院张超教授说：“我们本来希望通过速度梯度研究纤维状结构内部规则有序的气体吸积过程，却惊讶的发现这些高密度纤维结构内部气体运动是如此杂乱无章。”

研究团队将观测结果与随机驱动的超音速磁流体力学（MHD）湍流数值模拟进行对比。模拟生成的合成观测数据，在速度梯度分布、运动模式等核心特征上与实际观测高度吻合，有力证明纤维内部无序的气体运动源于各向同性湍流。不过模拟与观测也存在细微差异：模拟数据中横向速度梯度略高于径向，且速度梯度会随气体面密度提升而增大，而观测数据并无这一趋势。研究人员解释，这是因为本次观测目标为活动剧烈的大质量恒星形成区，湍流强度远超模拟中近邻小质量恒星形成区；同时模拟与实测区域的磁场环境、气体密度也存在差异，这也为后续优化模拟模型指明了方向。

ATOMS项目负责人兼文章通讯作者，上海天文台刘铁研究员表示：“这项成果挑战了引力主导分子云小尺度结构形成的传统观点，为调和湍流模型与引力模型的争议提供了新的视角。未来，团队将结合更多高精度数值模拟与多波段观测，进一步探究湍流、引力、磁场三者的耦合关系，逐步揭开恒星形成全过程的神秘面纱。”

同期发表的两篇评述文章高度评价了该工作。著名的研究分子云纤维结构的权威专家，巴黎萨克雷大学教授Philippe Andr´e认为：“这一全新结论令人意外，因为高密度大质量团块本身是强自引力系统；以往学界普遍认为引力是其核心动力学驱动因素。倘若该结论得到验证，其影响将十分深远 —— 它会大幅重塑我们目前本就尚存局限的认知，改变我们对星团与大质量恒星初始形成阶段的理解。”著名理论天体物理学家，澳大利亚国立大学Mark R. Krumholz则认为：“该观测结果所支持的湍流主导恒星形成的图景，与河外星系关于致密气体恒星形成率的观测数据契合度要更高。因此本次观测不仅有助于解决银河系恒星形成领域一个悬而未决的关键问题，还能让银河系与河外星系两套恒星形成观测体系的研究结果达成自洽统一。”

该研究由太原师范学院、上海天文台、中国科学院国家天文台、南京大学、云南大学等多家国内科研机构，联合赫尔辛基大学、达特茅斯学院、智利大学、马克斯・普朗克天文研究所等十余所国际知名高校与天文台共同完成。项目得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、芬兰科学院、美国国家科学基金会等多国科研基金支持。

科学论文链接：https://doi.org/10.1007/s11433-026-2964-7

评论文章链接： 

https://www.sciengine.com/SCPMA/doi/10.1007/s11433-026-3024-3

https://www.sciengine.com/SCPMA/doi/10.1007/s11433-026-3018-3

科学联系人：

刘铁 liutie@shao.ac.cn

张超 zhangchao@tynu.edu.cn