原标题:科学家提出宇宙粒子加速器新模型解释电子如何达到相对论能量水平
图为第谷超新星遗迹的合成图像。科学家认为,此类爆炸事件产生的冲击波是宇宙射线的主要驱动因素。 图片来源:NASA/卡拉阿尔托天文台等
科学家在理解宇宙中无碰撞冲击波如何将粒子加速至极高能级方面,取得了重要进展。这项13日发表在《自然·通讯》上的研究,结合了美国国家航空航天局(NASA)的磁层多尺度任务(MMS)、阿尔忒弥斯任务的卫星观测数据与最新理论研究成果,提出了一种新的综合模型,用于解释宇宙中最强大的天然粒子加速器。
该研究解决了天体物理学领域内一个长期存在的难题:即电子是如何达到极高,甚至是相对论能量水平的。费米加速或扩散冲击加速(DSA)是解释这一过程的主要机制,但要使DSA起作用,电子首先需要被激发到一定的阈值能量,这就是所谓的“注入问题”。
新模型提出,在多种加速机制复杂交互作用下,电子可跨越多个尺度的过程得到加速。研究人员利用MMS任务和阿尔忒弥斯任务的实测数据,观察到了2017年12月17日在地球弓形激波上游发生的一种大规模且瞬态的现象。在此事件中,太阳风因与弓形激波相互作用而受到预先干扰的区域——即激波前区的电子,达到了超过500keV(千电子伏特)的能量水平,远高于通常观察到的大约1keV的能量水平。
研究显示,高能电子是由电子与等离子波、激波前区的瞬态结构以及弓形激波本身的互动,共同作用的结果。所有这些因素加在一起,将电子从低能量状态提升到高达500keV的相对论能量,从而形成了高效的电子加速过程。
该成果改进了人们对冲击加速的理解,并为研究空间等离子体物理提供了新见解。
【总编辑圈点】
宇宙能量转移由谁来控制?本文的成果,就在推进人们对宇宙中“天然粒子加速器”运作原理的理解,同时也为解释高能宇宙射线起源开辟了新途径。这一突破对于未来探索星际介质、星系演化以及设计人工粒子加速器具有深远意义。同时,新模型也向人们展示了空间等离子体物理现象的复杂性,而我们对这一领域的认知依然有限。(张梦然)
原标题:科学家提出宇宙粒子加速器新模型解释电子如何达到相对论能量水平 来源:科技日报
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