中新網(wǎng)北京7月16日電 (記者 孫自法)天體高能電子是如何產(chǎn)生的？作為《科學(xué)》雜志發(fā)布的125個(gè)科學(xué)問(wèn)題之一，天體中高能粒子的起源問(wèn)題長(zhǎng)期以來(lái)一直困擾著天體物理學(xué)家，備受學(xué)界關(guān)注。
中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)7月16日向媒體發(fā)布信息說(shuō)，該臺(tái)實(shí)驗(yàn)室天體物理研究團(tuán)隊(duì)聯(lián)合北京大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院物理研究所、上海交通大學(xué)等多家機(jī)構(gòu)科研同行，最近在上海“神光二號(hào)”(SG-II)大科學(xué)裝置上首次實(shí)現(xiàn)大尺度動(dòng)理學(xué)湍流等離子體中的電子隨機(jī)加速過(guò)程，從而揭開(kāi)了復(fù)雜天體環(huán)境中高能電子的產(chǎn)生謎團(tuán)。
本次研究的實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生電子隨機(jī)加速過(guò)程的藝術(shù)圖。中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)/供圖
這項(xiàng)揭開(kāi)天體高能電子產(chǎn)生之謎的重要天體物理研究成果論文，近日以“實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生的動(dòng)理學(xué)湍流等離子體中的電子隨機(jī)加速”為題在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然-通訊》發(fā)表。
據(jù)論文第一作者、中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)袁大偉博士介紹，磁重聯(lián)加速、沖擊波加速和隨機(jī)加速等多種機(jī)制被提出用來(lái)解釋不同天體環(huán)境中高能粒子的產(chǎn)生。近期實(shí)驗(yàn)室天體物理在粒子加速方面取得一系列重要進(jìn)展，在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)了湍流磁重聯(lián)加速和沖擊波加速。然而，到目前為止隨機(jī)加速機(jī)制還未被證實(shí)，其主要難點(diǎn)在于如何在實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生和天體類似的大尺度動(dòng)理學(xué)湍流等離子體。
本次研究的電子隨機(jī)加速實(shí)驗(yàn)相關(guān)示意圖。中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)/供圖
基于此，中國(guó)科學(xué)家研究團(tuán)隊(duì)利用上海“神光二號(hào)”裝置在實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生超音速對(duì)流等離子體，束流速度各向異性誘導(dǎo)電磁不穩(wěn)定性的產(chǎn)生和發(fā)展，進(jìn)而誘發(fā)形成大尺度的等離子體紊亂結(jié)構(gòu)。他們采用傅里葉頻譜分析發(fā)現(xiàn)：該紊亂結(jié)構(gòu)的功率譜與動(dòng)理學(xué)湍流譜高度一致。同時(shí)，該實(shí)驗(yàn)還測(cè)量了來(lái)自于不同角度的高能電子冪律譜。
論文共同通訊作者、中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)趙剛院士表示，本次實(shí)驗(yàn)研究還通過(guò)理論模擬發(fā)現(xiàn)，天體高能電子主要來(lái)自于湍流等離子體中的熱電子與磁島發(fā)生多次“碰撞“獲得能量增益，即湍流隨機(jī)加速。這一研究結(jié)果對(duì)于理解天體復(fù)雜環(huán)境中的粒子加速和高能輻射，具有重要意義。(完)
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