研究人员在实验室中制造出模拟超新星的冲击波

当恒星爆炸成超新星时,它们会在其周围的等离子体中产生冲击波。科学家们说,这些冲击波非常强大,它们可以作为粒子加速器,以接近光速的速度将称为宇宙射线的粒子流喷射到宇宙中。科学的一个谜团是超新星究竟是如何做到这一点的。研究人员设计了一种新的方法来研究这种天体物理冲击波的工作原理,他们在实验室里制造了一个缩小版的冲击波。

科学家们发现,天体物理冲击在小尺度上产生了观测不到的湍流。这种湍流有助于将电子踢向冲击波,然后再将其提升到最终的极高速度。研究人员说,虽然起作用的力学原理很迷人,但它们离我们太远,很难研究。

研究人员表示,他们可以在实验室里了解更多关于天体物理冲击的物理学知识,并验证模型。超新星周围的天体物理冲击波与超音速喷气机前形成的冲击波和音爆并无二致。一个关键的区别是,当一颗恒星爆炸时,它会在周围的离子和自由电子的气体或等离子体中产生一种物理学家称之为无碰撞冲击的东西。单个电子和离子被等离子体内的强烈电磁场强迫四处移动。

研究人员认为,超新星残余冲击会产生强烈的电磁场,多次冲击带电粒子,并将其加速到极速。虽然科学家们知道粒子必须运动得非常快,才能在第一时间穿越冲击波,但没有人知道是什么让粒子达到了速度。为了在实验室中实现他们的冲击波,该团队来到了美国国家点火设施,在那里他们可以使用世界上最强大的激光器,并将它们指向一对碳片,以创造一对等离子体流直奔对方。

当这些等离子体流相遇时,光学和X射线观测显示了所有的特征,这意味着他们在实验室里产生了类似于超新星残余冲击条件下的冲击波。他们发现,当冲击波形成时,它能够将电子加速到接近光速。虽然这些模型可以帮助揭示该现象的一些细微之处,但电子如何达到高速的微观细节仍不清楚。

稿源:cnBeta

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