中新網北京7月16日電 (記者 孫自法)天體高能電子是如何產生的？作為【科學】雜誌釋出的125個科學問題之一，天體中高能粒子的起源問題長期以來一直困擾著天體物理學家，備受學界關註。
中國科學院國家天文台7月16日向媒體釋出資訊說，該台實驗室天體物理研究團隊聯合北京大學、中國科學院物理研究所、上海交通大學等多家機構科研同行，最近在上海「神光二號」(SG-II)大科學裝置上首次實作大尺度動理學亂流等離子體中的電子隨機加速過程，從而揭開了復雜天體環境中高能電子的產生謎團。
本次研究的實驗室產生電子隨機加速過程的藝術圖。中國科學院國家天文台/供圖
這項揭開天體高能電子產生之謎的重要天體物理研究成果論文，近日以「實驗室產生的動理學亂流等離子體中的電子隨機加速」為題在國際學術期刊【自然-通訊】發表。
據論文第一作者、中國科學院國家天文台袁大偉博士介紹，磁重聯加速、沖擊波加速和隨機加速等多種機制被提出用來解釋不同天體環境中高能粒子的產生。近期實驗室天體物理在粒子加速方面取得一系列重要進展，在實驗室實作了亂流磁重聯加速和沖擊波加速。然而，到目前為止隨機加速機制還未被證實，其主要難點在於如何在實驗室產生和天體類似的大尺度動理學亂流等離子體。
本次研究的電子隨機加速實驗相關示意圖。中國科學院國家天文台/供圖
基於此，中國科學家研究團隊利用上海「神光二號」裝置在實驗室產生超音速對流等離子體，束流速度各向異性誘導電磁不穩定性的產生和發展，進而誘發形成大尺度的等離子體紊亂結構。他們采用傅立葉頻譜分析發現：該紊亂結構的功率譜與動理學亂流譜高度一致。同時，該實驗還測量了來自於不同角度的高能電子冪律譜。
論文共同通訊作者、中國科學院國家天文台趙剛院士表示，本次實驗研究還透過理論模擬發現，天體高能電子主要來自於亂流等離子體中的熱電子與磁島發生多次「碰撞「獲得能量增益，即亂流隨機加速。這一研究結果對於理解天體復雜環境中的粒子加速和高能輻射，具有重要意義。(完)
