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天體高能電子是如何產(chǎn)生的？這個(gè)問題一直困擾著天體物理學(xué)家。記者17日從中國科學(xué)院國家天文臺(tái)獲悉，依托國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施“神光二號(hào)”大型激光裝置，來自該臺(tái)等單位的科研人員首次實(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，揭開了復(fù)雜天體環(huán)境中高能電子的產(chǎn)生之謎。相關(guān)研究成果在線發(fā)表于《自然·通訊》雜志。

作為《科學(xué)》雜志發(fā)布的125個(gè)科學(xué)問題之一，天體中高能粒子的起源問題一直是未解之謎。天體物理學(xué)家提出了磁重聯(lián)加速、沖擊波加速和隨機(jī)加速等多種機(jī)制，以解釋不同天體環(huán)境中高能粒子的產(chǎn)生機(jī)制。

近期，實(shí)驗(yàn)室天體物理研究在粒子加速方面取得了一系列重要進(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，截至目前，隨機(jī)加速機(jī)制仍然沒有被證實(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。”論文第一作者、中國科學(xué)院國家天文臺(tái)袁大偉博士介紹。

此次，科研人員利用“神光二號(hào)”大型激光裝置，在實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生超音速對(duì)流等離子體，利用束流速度異性誘導(dǎo)電磁韋伯不穩(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)。他們進(jìn)一步分析發(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，實(shí)驗(yàn)還同時(shí)測(cè)量來自于不同角度的高能電子冪律譜。

論文共同通訊作者、中國科學(xué)院國家天文臺(tái)趙剛院士表示，理論模擬發(fā)現(xiàn)，這些高能電子主要來自于湍流等離子體中的熱電子與磁島發(fā)生多次“碰撞”，即湍流隨機(jī)加速。這對(duì)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。

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