星际纤维结构的普适性：理论、模拟与观测相结合

纤维状结构在宇宙中无处不在。近期观测表明，恒星和星团优先沿致密纤维结构形成。因此，理解纤维结构的形成与性质是理解恒星形成的关键一步。在此，我们进行了三维高分辨率磁流体动力学模拟，追踪分子云的演化以及纤维结构和恒星的形成。我们应用一种纤维结构探测算法，并比较了具有不同物理成分组合的模拟：引力、湍流、磁场以及喷流/外流反馈。我们发现仅含引力的模拟产生的纤维轮廓比观测显著更窄，而包含湍流的模拟产生了真实的纤维性质。对于这些湍流模拟，我们发现了一个极为普适的纤维宽度 0.10 ± 0.02 pc，它与云的恒星形成历史无关。我们推导了一个理论模型，基于分子云湍流的声速尺度 (lambda_sonic) 为该特征纤维宽度提供了物理解释。我们的推导给出 lambda_sonic 作为云直径 L、速度弥散 sigma_v、气体声速 c_s 以及热压与磁压之比（等离子体 β）的函数。对于银河系旋臂中的典型云条件，我们发现 lambda_sonic = 0.04-0.16 pc，与观测得到的 0.05-0.15 pc 纤维宽度极为一致。与理论模型假设一致，我们发现纤维内部的速度弥散为亚声速，而外部为超声速。我们进一步用两个平面激波在其相交处形成纤维结构的碰撞，解释了观测到的纤维密度轮廓标度律 p=2，即 rho ~ r^(-p)。