中国科学家最新研究揭开天体高能电子产生之谜
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科学网 2024-07-16 16:43:18
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中新网北京7月16日电(记者孙自法)天体高能电子是如何产生的？作为《科学》杂志发布的125个科学问题之一，天体中高能粒子的起源问题长期以来一直困扰着天体物理学家，备受学界关注。
中国科学院国家天文台7月16日向媒体发布信息说，该台实验室天体物理研究团队联合北京大学、中国科学院物理研究所、上海交通大学等多家机构科研同行，最近在上海“神光二号”(SG-II)大科学装置上首次实现大尺度动理学湍流等离子体中的电子随机加速过程，从而揭开了复杂天体环境中高能电子的产生谜团。
本次研究的实验室产生电子随机加速过程的艺术图。中国科学院国家天文台/供图
这项揭开天体高能电子产生之谜的重要天体物理研究成果论文，近日以“实验室产生的动理学湍流等离子体中的电子随机加速”为题在国际学术期刊《自然-通讯》发表。
据论文第一作者、中国科学院国家天文台袁大伟博士介绍，磁重联加速、冲击波加速和随机加速等多种机制被提出用来解释不同天体环境中高能粒子的产生。近期实验室天体物理在粒子加速方面取得一系列重要进展，在实验室实现了湍流磁重联加速和冲击波加速。然而，到目前为止随机加速机制还未被证实，其主要难点在于如何在实验室产生和天体类似的大尺度动理学湍流等离子体。
本次研究的电子随机加速实验相关示意图。中国科学院国家天文台/供图
基于此，中国科学家研究团队利用上海“神光二号”装置在实验室产生超音速对流等离子体，束流速度各向异性诱导电磁不稳定性的产生和发展，进而诱发形成大尺度的等离子体紊乱结构。他们采用傅里叶频谱分析发现：该紊乱结构的功率谱与动理学湍流谱高度一致。同时，该实验还测量了来自于不同角度的高能电子幂律谱。
论文共同通讯作者、中国科学院国家天文台赵刚 院士表示，本次实验研究还通过理论模拟发现，天体高能电子主要来自于湍流等离子体中的热电子与磁岛发生多次“碰撞“获得能量增益，即湍流随机加速。这一研究结果对于理解天体复杂环境中的粒子加速和高能辐射，具有重要意义。(完)
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