北京時間 6 月 16 日消息，在一項新研究中，研究人員在實驗室里創(chuàng)造了微型的超新星激波，希望解決一個困擾科學(xué)家已久的宇宙之謎。
當(dāng)恒星死亡并以超新星的形式爆發(fā)時，會在周圍的等離子體中產(chǎn)生強大的激波，將宇宙射線或高能粒子噴射到宇宙中。激波就如同粒子加速器，可以使高能粒子的噴射速度達(dá)到接近光速的水平。然而，科學(xué)家還沒有完全了解激波是如何加速這些粒子的。
美國能源部 SLAC 國家加速器實驗室的資深科學(xué)家弗雷德里科 · 菲烏扎(Frederico Fiuza)領(lǐng)導(dǎo)了這項新研究，他說：“這些(超新星)是令人著迷的系統(tǒng)，但由于它們距離太遠(yuǎn)，很難進行研究。”
因此，為了更好地研究這些宇宙沖擊波，科學(xué)家們開始嘗試在地球上進行重現(xiàn)。研究人員已經(jīng)創(chuàng)造了一個超新星殘骸的微型版本。“我們并不是要在實驗室中制造超新星殘骸，但我們可以從中了解更多關(guān)于天體物理激波的物理知識，并驗證數(shù)據(jù)模型，”菲烏扎在聲明中說道。
錢德拉 X 射線天文臺拍攝的第谷超新星殘骸圖像，生動揭示了產(chǎn)生這個深空天體爆發(fā)的動力學(xué)過程。該圖片發(fā)布于 2014 年 7 月 22 日
菲烏扎和同事們致力于創(chuàng)造一種快速擴散的沖擊波，可以模擬超新星爆發(fā)后的激波。他們在加州勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的國家點火裝置工作，在那里，他們向碳薄片發(fā)射強大的激光，產(chǎn)生兩個相互瞄準(zhǔn)的等離子體流。據(jù)介紹，當(dāng)兩個等離子體流碰撞時，它們 “在類似超新星遺跡激波的條件下”產(chǎn)生了一種沖擊波。研究人員利用光學(xué)和 X 射線技術(shù)對該實驗進行了觀察。
通過分析實驗室里制造出的微型超新星激波，研究人員證實了這種激波能夠?qū)㈦娮蛹铀僦两咏馑?。然而，這些電子如何達(dá)到如此告訴仍然是一個謎，這促使科學(xué)家轉(zhuǎn)向計算機建模。研究小組成員安娜 · 格拉希(Anna Grassi)說：“即使在實驗中，我們也無法看到粒子如何獲得能量的細(xì)節(jié)，更不用說在天體物理觀測中了，而這正是模擬實驗真正發(fā)揮作用的地方。”
現(xiàn)在，盡管激波加速粒子的宇宙之謎仍然未解，但格拉希創(chuàng)建的計算機模型揭示了一個可能的答案。根據(jù)這些模型，格拉希提出，激波中的湍流電磁場似乎可以將電子加速到所觀察到的極高速度。
研究人員將繼續(xù)研究加速電子發(fā)出的 X 射線，并不斷完善計算機模擬實驗。除了這項工作中研究的電子之外，未來的其他研究還將涉及同樣在激波中噴射而出的帶正電荷的質(zhì)子。這項研究的詳細(xì)結(jié)果發(fā)表在 6 月 8 日的《自然 - 物理》(Nature Physics)雜志上。
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