马克斯·普朗克学会 螺旋星系NGC 4321中观察到的速度流的说明，使用分子气体(一氧化碳)的无线电发射测量:沿着垂直轴，该图像显示气体的速度，而水平轴代表星系的空间范围
气体速度的波动在整个星系中都是可见的
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穆勒/J
亨肖/MPIA 星系中的分子气体被组织成一系列的结构
巨大分子气体云中的分子物质沿着错综复杂的丝状气体通道网络向拥挤的气体和尘埃中心行进，在那里被压缩成恒星和行星，就像世界各地数百万人通勤到城市工作一样
为了更好地理解这个过程，由MPIA马普天文研究所的乔纳森·亨肖领导的一个天文学家小组测量了从星系尺度到单个恒星形成的气体团尺度的气体流动
他们的结果表明，流经每个尺度的气体是动态相互联系的:虽然恒星和行星的形成发生在最小的尺度上，但这个过程是由开始于星系尺度的一连串物质流控制的
这些结果今天发表在科学杂志《自然天文学》上
星系中的分子气体通过物理机制开始运动，如星系旋转、超新星爆发、磁场、湍流和重力，从而形成气体结构
理解这些运动如何直接影响恒星和行星的形成是困难的，因为这需要在空间尺度上量化气体运动的巨大范围，然后将这种运动与我们观察到的物理结构联系起来
现代天体物理设施现在定期绘制大面积的天空地图，有些地图包含数百万像素，每个像素有数百到数千个独立的速度测量值
因此，测量这些运动在科学和技术上都具有挑战性
为了应对这些挑战，由海德堡MPIA大学的乔纳森·亨肖领导的一个国际研究小组利用对银河系和附近星系中气体的观测，着手测量各种不同环境中的气体运动
他们通过测量由光源和观察者之间的相对运动引起的分子发出的光的频率的明显变化来检测这些运动；这种现象被称为多普勒效应
通过应用亨肖和博士设计的新颖软件
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学生曼纽尔·里纳(该论文的合著者；同样在MPIA大学)，该团队能够分析数百万次测量
亨肖说:“这种方法使我们能够以一种新的方式来观察星际介质。”
研究人员发现，冷分子气体运动的速度似乎在波动，让人想起海洋表面的波浪
这些波动代表气体运动
“波动本身并不特别令人惊讶，我们知道气体在运动，”亨肖说
该论文的合著者之一、利物浦约翰穆雷斯大学的史蒂夫·朗莫尔补充道:“令我们惊讶的是，这些不同区域的速度结构看起来如此相似
不管我们是观察整个星系还是我们自己星系中的单个云，其结构或多或少都是相同的
" 分子气体(一氧化碳)分布在NGC 4321星系的南旋臂，横跨约15000光年
亮点表明巨大的分子云在旋臂内稀释气体的脊内呈半规则间隔分布
青色圆圈描绘了恒星形成复合体的位置
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亨肖/MPIA 为了更好地理解气体流动的性质，研究小组选择了几个区域进行仔细检查，使用先进的统计技术来寻找波动之间的差异
通过结合各种不同的测量，研究人员能够确定速度波动如何依赖于空间尺度
亨肖解释说:“我们分析技术的一个突出特点是它们对周期性很敏感。”
“如果你的数据中有重复的模式，比如沿着旋臂等间距的巨大分子云，我们可以直接识别出模式重复的规模
“研究小组确定了三条丝状气体通道，尽管追踪的尺度差异很大，但它们似乎都显示出沿其顶部大致等距分布的结构，就像一串珠子一样，无论是沿着旋臂的巨大分子云，还是沿着细丝形成恒星的微小“核心”
研究小组发现，与等距结构相关的速度波动都显示出一种独特的模式
“波动看起来像是沿着细丝顶部振荡的波，它们有明确的振幅和波长，”亨肖补充说，“大尺度上的巨大分子云或小尺度上的单个恒星形成核心的周期性间隔可能是它们的母细丝变得引力不稳定的结果。”
我们相信这些振荡流是气体沿着旋臂流动或向密度峰值汇聚的信号，为恒星形成提供新的燃料
" 相比之下，研究小组发现，在整个巨大分子云中测量的速度波动，在整个云和其中的微小核心之间的尺度上，没有显示出明显的特征尺度
海德堡大学论文的合著者迪德里克·克鲁伊森解释说:“我们在巨大分子云中看到的密度和速度结构是‘无尺度’的，因为产生这些结构的湍流形成了一个混沌级联，当你放大时会显示出越来越小的波动——很像罗马花椰菜或雪花
这种无标度行为发生在两个定义明确的极端之间:整个云的大尺度和形成单个恒星的小尺度核心
我们现在发现这些极端有明确的特征尺寸，但是在它们之间有混沌规则
" 亨肖说:“把巨大的分子云想象成由高速公路连接起来的等间距巨型城市。”
“从鸟瞰的角度来看，这些城市的结构，以及在其中穿行的汽车和人们，显得混乱无序
然而，当我们放大单个的道路时，我们看到从四面八方赶来的人们有序地进入他们各自的办公楼
办公楼代表了恒星和行星诞生的致密而寒冷的气体核心
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