北京时间 6 月 16 日消息，在一项新研究中，研究人员在实验室里创造了微型的超新星激波，希望解决一个困扰科学家已久的宇宙之谜。
当恒星死亡并以超新星的形式爆发时，会在周围的等离子体中产生强大的激波，将宇宙射线或高能粒子喷射到宇宙中。激波就如同粒子加速器，可以使高能粒子的喷射速度达到接近光速的水平。然而，科学家还没有完全了解激波是如何加速这些粒子的。
美国能源部 SLAC 国家加速器实验室的资深科学家弗雷德里科 · 菲乌扎(Frederico Fiuza)领导了这项新研究，他说：“这些(超新星)是令人着迷的系统，但由于它们距离太远，很难进行研究。”
因此，为了更好地研究这些宇宙冲击波，科学家们开始尝试在地球上进行重现。研究人员已经创造了一个超新星残骸的微型版本。“我们并不是要在实验室中制造超新星残骸，但我们可以从中了解更多关于天体物理激波的物理知识，并验证数据模型，”菲乌扎在声明中说道。
钱德拉 X 射线天文台拍摄的第谷超新星残骸图像，生动揭示了产生这个深空天体爆发的动力学过程。该图片发布于 2014 年 7 月 22 日
菲乌扎和同事们致力于创造一种快速扩散的冲击波，可以模拟超新星爆发后的激波。他们在加州劳伦斯利弗莫尔国家实验室的国家点火装置工作，在那里，他们向碳薄片发射强大的激光，产生两个相互瞄准的等离子体流。据介绍，当两个等离子体流碰撞时，它们 “在类似超新星遗迹激波的条件下”产生了一种冲击波。研究人员利用光学和 X 射线技术对该实验进行了观察。
通过分析实验室里制造出的微型超新星激波，研究人员证实了这种激波能够将电子加速至接近光速。然而，这些电子如何达到如此告诉仍然是一个谜，这促使科学家转向计算机建模。研究小组成员安娜 · 格拉希(Anna Grassi)说：“即使在实验中，我们也无法看到粒子如何获得能量的细节，更不用说在天体物理观测中了，而这正是模拟实验真正发挥作用的地方。”
现在，尽管激波加速粒子的宇宙之谜仍然未解，但格拉希创建的计算机模型揭示了一个可能的答案。根据这些模型，格拉希提出，激波中的湍流电磁场似乎可以将电子加速到所观察到的极高速度。
研究人员将继续研究加速电子发出的 X 射线，并不断完善计算机模拟实验。除了这项工作中研究的电子之外，未来的其他研究还将涉及同样在激波中喷射而出的带正电荷的质子。这项研究的详细结果发表在 6 月 8 日的《自然 - 物理》(Nature Physics)杂志上。
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