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原来纠缠的磁场为宇宙粒子加速器提供能量?
发表日期:2019-04-14 22:40| 来源 :本站原创 | 点击数:
本文摘要:原题目:本来纠缠的磁场为宇宙粒子加快器供给能量? 盘绕在碗里像意大利面条一样的磁场线可能是宇宙中最强大的粒子加快器。这是美国能源部(Department of Energy) SLAC国度加快器尝试室(SLAC National Accelerator Laboratory)研究人员进行的一项新计较的研

  原题目:本来纠缠的磁场为宇宙粒子加快器供给能量?

  盘绕在碗里像意大利面条一样的磁场线可能是宇宙中最强大的粒子加快器。这是美国能源部(Department of Energy) SLAC国度加快器尝试室(SLAC National Accelerator Laboratory)研究人员进行的一项新计较的研究成果。该尝试室的研究人员模仿了遥远勾当星系的粒子辐射。在这些活跃星系的焦点,超大质量黑洞发射高速等离子喷射(一种火热的电离气体)将数百万光年射入太空。这个过程可能是宇宙射线的来历,其能量是最强大人造粒子加快器释放能量的几万万倍。研究的首席研究员SLAC的科学家弗雷德里科·菲乌扎(Frederico Fiuza)说:发生这些极端粒子能量的机制还不清晰。

  博科园-科学科普:这项研究将颁发在《物理评论快报》(Physical Review Letters)上。基于这项研究的模仿可以或许提出一种新的机制,有可能注释这些宇宙粒子加快器是若何运转的机制。这一成果对等离子体和核聚变研究以及新型高能粒子加快器的成长也有必然的指点意义。持久以来,模仿宇宙喷流的研究人员不断对加强宇宙粒子能量的猛烈过程入迷。例如收集的证据表白,来自强大恒星爆炸的冲击波能够使粒子加快,并将它们传送到整个宇宙。科学还提出宇宙等离子体喷流的次要驱动力可能是当等离子体中的磁力线以分歧的体例断裂并从头毗连时释放出磁能——这一过程被称为“磁重毗连”。

  SLAC研究人员发觉了一种新的机制,它能够注释等离子射流若何从勾当星系的核心喷发出来,就像这幅图中显示的那样,将粒子加快到极高的能量。计较机模仿(圆形区域)显示,纠缠的磁场线在射流标的目的上发生了强大的电场,导致高能粒子的稠密电流从星系中流出。图片:Greg Stewart/SLAC National Accelerator Laboratory

  然而这项新研究提出了一种分歧的机制,这种机制与活跃星系核心扭转的超大质量黑洞所发生的螺旋磁场粉碎相关。研究演讲的次要作者保罗阿尔维斯(Paulo Alves)说:这些范畴可能会变得不不变,但当磁场发生扭曲时,事实会发生什么?这个过程可否注释粒子若何在这些射流中获得庞大能量?这就是我们想在研究中发觉的。为此研究人员在美国能源部阿尔贡国度尝试室阿尔贡带领计较设备(ALCF)的Mira超等计较机上模仿了多达5500亿个粒子的活动,这是宇宙喷气机的一个微型版本。

  然后他们将成果放大到宇宙维度,并与天体物理学观测成果进行比力。从纠缠场线到高能粒子,模仿成果表白,当螺旋磁场发生强烈畸变时,磁场线高度纠缠,射流内部发生大电场。现实上这种电场和磁场的陈列能够无效地将电子和质子加快到极高的能量。当高能电子以x射线和伽马射线的形式辐射出它们的能量时,质子则能够逃离射流进入太空,以宇宙辐射的形式达到地球大气层。在这一过程中释放的磁机能量有很大一部门进入了高能粒子,这种加快机制既能够注释来自勾当星系的高能辐射,也能够注释观测到的最高宇宙射线能量。

  在模仿小型宇宙射流的过程中,SLAC的研究人员发觉,当射流的螺旋磁场(左)被强烈扭曲时,磁场线(中)变得高度纠结,在射流内部发生一个大电场(右),能够无效地将电子和质子加快到极值能量。图片:arXiv:1810.05154v1

  黑洞物理学专家、斯坦福大学Kavli粒子天体物理与宇宙学研究所(KIPAC)前主任罗杰·布兰德福德(Roger Blandford)说:这项细心的阐发发觉了很多令人惊讶的细节,这些细节被认为是在遥远喷流中具有前提下发生的,可能有助于注释一些不凡的天体物理学观测。接下来,研究人员想要将他们的工作与现实观测更慎密地联系起来,例如通过研究是什么使得宇宙射流的辐射随时间而敏捷变化。他们还筹算进行尝试室研究,以确定本研究中提出的不异机制能否也会导致聚变等离子体的割裂和粒子加快。

  博科园-科学科普|研究/来自:SLAC国度加快器尝试室

  参考期刊文献:《物理评论快报》

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