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科学家模拟天体物理喷气机

发布时间:2018-05-16

/使用激光和强磁场,国际科学家小组首次在实验室环境中模拟了天体物理喷射。 / em

天体物理喷气机是我们宇宙中最壮观的现象之一:从黑洞,类星体或原恒星的中心,这些物质光线有时会向太空中伸出几光年。现在,有史以来第一次,一个国际研究人员团队成功地测试了一个新模型,解释了磁场如何在年轻恒星中形成这些辐射。 Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf(HZDR)的科学家是这项研究的一部分。他们的发现已发表在“科学”杂志上。从这项研究中收集到的见解甚至可能适用于癌症治疗。

每当宇宙中的物体形成旋转的物质光盘时,就有可能会产生“喷射” - 从光盘中心发出的细小,直线的物质散射,看起来像一个spintop。这些结构尤其可以在形成新星的过程中观察到。但理解光束如何能够在光盘内形成是科学家们仍然不知所措的事情。

现在,HZDR的研究人员以及他们的欧洲,美国和亚洲同事已经在实验室中对这一过程进行了调查。在法国LULI--激光利用实验室 - 在法国,科学家用激光击中了一个塑料样品,激光使目标核心的电子运动,将固体塑料物体转化为导电等离子体。 “把它看成是一种迅速膨胀的电子和离子热云。在小范围内,等离子体代表了一颗年轻恒星的物质积累,“该研究的共同作者,HZDR放射物理研究所主任Thomas Cowan教授解释说。

微型版本的实验室年轻明星

实验特别的原因是等离子体暴露于非常强大的脉冲磁场。其背后的想法是:在磁场的影响下,通常散布的等离子体开始聚焦,形成一个空心。这最终会产生一个冲击波,一束非常细的光束开始射出 - 一架喷气式飞机。

该实验的设置方式可以推断出它们在宇宙中遇到的情况:在短至20纳秒的时间内 - 比飞行它的翅膀的飞行快10万倍以上 - 实验室等离子体形成类似于大约六年来一位年轻明星的飞机。这使得研究人员在过去的二十年中通过天文观测来测试他们的模型,这些观测是通过太空望远镜实现的。数据非常吻合。例如,在射流中,可能发生粒子流交叉,进而导致形成非常热点。 “实际射流的X射线测量结果显示这些特征与实验室中我们的真实比例等离子体模型完全相同。”Cowan说。在它的帮助下,研究人员能够提供一种有史以来第一次能够仅仅通过磁场来解释射流形成的模型。以前的方法已经考虑了关于年轻恒星的物质旋转的另一个影响因素。

等离子体可以以这种方式聚焦的认识可能证明在医学工程领域中真正的实际益处。根据Cowan的说法,可以想象,在脉冲磁场的帮助下,可以产生特别薄的质子束用于放射治疗。这就是弗洛里安克罗尔博士。 HZDR的学生和该研究的合着者之一正在调查。

德累斯顿高磁场实验室设计的特殊脉冲发生器

为了为实验产生强大的脉冲磁场,研究人员利用了HZDR德累斯顿高磁场实验室的专业知识:“我们开发了一种特殊的脉冲发生器,它可以让我们的法国同事在小型封闭实验室空间“,高磁场实验室部门负责人ThomasHerrmannsdörfer博士说。发电机 - 几乎与衣柜一样大小 - 能够产生高达300千安的电流。

根据Herrmannsdörfer的说法,建设这样一个紧凑的设施是一个真正的技术挑战:“我们的电气工程师想出了一些非常创新的解决方案。这也帮助我们开发这些类型的发生器,用于工业和医疗技术。“目前,脉冲发生器仍然位于巴黎附近Palaiseau的法国激光实验室,因为从12月开始,德累斯顿科学家正在计划一次再次与他们的LULI同事一起工作。

出版物:B.Albertazzi等人,“通过结合的极向磁场实现标定的原始恒星射流的实验室形成”,科学2014年10月17日, 346没有。 6207第325-328页; DOI:10.1126 / science.1259694

资料来源:Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf

图片:ESO / L。 Calada