天體高能電子是如何產生的?這個問題一直困擾著天體物理學家。記者17日從中國科學院國家天文臺獲悉，依托國家重大科技基礎設施“神光二號”大型激光裝置，來自該臺等單位的科研人員首次實現大尺度動理學湍流等離子體中的電子隨機加速，揭開了復雜天體環境中高能電子的產生之謎。相關研究成果在線發表于《自然·通訊》雜志。
作為《科學》雜志發布的125個科學問題之一，天體中高能粒子的起源問題一直是未解之謎。天體物理學家提出了磁重聯加速、沖擊波加速和隨機加速等多種機制，以解釋不同天體環境中高能粒子的產生機制。
近期，實驗室天體物理研究在粒子加速方面取得了一系列重要進展，在實驗室實現了湍流磁重聯加速和沖擊波加速。“然而，截至目前，隨機加速機制仍然沒有被證實，其主要難點在于如何在實驗室產生和天體類似的大尺度動理學湍流等離子體。”論文第一作者、中國科學院國家天文臺袁大偉博士介紹。
此次，科研人員利用“神光二號”大型激光裝置，在實驗室產生超音速對流等離子體，利用束流速度異性誘導電磁韋伯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。他們進一步分析發現，該紊亂結構的功率譜與動理學湍流譜高度一致，實驗還同時測量來自于不同角度的高能電子冪律譜。
論文共同通訊作者、中國科學院國家天文臺趙剛院士表示，理論模擬發現，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生多次“碰撞”，即湍流隨機加速。這對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。
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