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天體高能電子是如何產(chǎn)生的？這個問題一直困擾著天體物理學家。記者17日從中國科學院國家天文臺獲悉，依托國家重大科技基礎設施“神光二號”大型激光裝置，來自該臺等單位的科研人員首次實現(xiàn)大尺度動理學湍流等離子體中的電子隨機加速，揭開了復雜天體環(huán)境中高能電子的產(chǎn)生之謎。相關研究成果在線發(fā)表于《自然·通訊》雜志。

作為《科學》雜志發(fā)布的125個科學問題之一，天體中高能粒子的起源問題一直是未解之謎。天體物理學家提出了磁重聯(lián)加速、沖擊波加速和隨機加速等多種機制，以解釋不同天體環(huán)境中高能粒子的產(chǎn)生機制。

近期，實驗室天體物理研究在粒子加速方面取得了一系列重要進展，在實驗室實現(xiàn)了湍流磁重聯(lián)加速和沖擊波加速。“然而，截至目前，隨機加速機制仍然沒有被證實，其主要難點在于如何在實驗室產(chǎn)生和天體類似的大尺度動理學湍流等離子體。”論文第一作者、中國科學院國家天文臺袁大偉博士介紹。

此次，科研人員利用“神光二號”大型激光裝置，在實驗室產(chǎn)生超音速對流等離子體，利用束流速度異性誘導電磁韋伯不穩(wěn)定性的產(chǎn)生和發(fā)展，進而誘發(fā)形成大尺度的等離子體紊亂結構。他們進一步分析發(fā)現(xiàn)，該紊亂結構的功率譜與動理學湍流譜高度一致，實驗還同時測量來自于不同角度的高能電子冪律譜。

論文共同通訊作者、中國科學院國家天文臺趙剛院士表示，理論模擬發(fā)現(xiàn)，這些高能電子主要來自于湍流等離子體中的熱電子與磁島發(fā)生多次“碰撞”，即湍流隨機加速。這對理解天體復雜環(huán)境中的粒子加速和高能輻射具有重要意義。

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