我国科学家揭开天体高能电子产生之谜

科技日报北京7月17日电 （记者陆成宽）天体高能电子是如何产生的？这个问题一直困扰着天体物理学家。记者17日从中国科学院国家天文台获悉，依托国家重大科技基础设施“神光二号”大型激光装置，来自该台等单位的科研人员首次实现大尺度动理学湍流等离子体中的电子随机加速，揭开了复杂天体环境中高能电子的产生之谜。相关研究成果在线发表于《自然·通讯》杂志。

作为《科学》杂志发布的125个科学问题之一，天体中高能粒子的起源问题一直是未解之谜。天体物理学家提出了磁重联加速、冲击波加速和随机加速等多种机制，以解释不同天体环境中高能粒子的产生机制。

近期，实验室天体物理研究在粒子加速方面取得了一系列重要进展，在实验室实现了湍流磁重联加速和冲击波加速。“然而，截至目前，随机加速机制仍然没有被证实，其主要难点在于如何在实验室产生和天体类似的大尺度动理学湍流等离子体。”论文第一作者、中国科学院国家天文台袁大伟博士介绍。

此次，科研人员利用“神光二号”大型激光装置，在实验室产生超音速对流等离子体，利用束流速度异性诱导电磁韦伯不稳定性的产生和发展，进而诱发形成大尺度的等离子体紊乱结构。他们进一步分析发现，该紊乱结构的功率谱与动理学湍流谱高度一致，实验还同时测量来自于不同角度的高能电子幂律谱。

论文共同通讯作者、中国科学院国家天文台赵刚院士表示，理论模拟发现，这些高能电子主要来自于湍流等离子体中的热电子与磁岛发生多次“碰撞”，即湍流随机加速。这对理解天体复杂环境中的粒子加速和高能辐射具有重要意义。