當(dāng)你仰望夜空時(shí)，你看到的大部分是等離子體，一種由超熱原子粒子混合而成的濃稠物質(zhì)。研究恒星中的等離子體以及太空中各種形態(tài)的等離子體需要一臺(tái)望遠(yuǎn)鏡，但科學(xué)家們可以在實(shí)驗(yàn)室中重現(xiàn)等離子體，以便更仔細(xì)地觀察它。

現(xiàn)在，由美國能源部普林斯頓等離子體物理實(shí)驗(yàn)室(DOE)的物理學(xué)家Lan Gao和萊斯大學(xué)的Edison Liang領(lǐng)導(dǎo)一個(gè)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)首次創(chuàng)造了一種特殊形式的相干磁化等離子體射流。

這種射流可以加深對(duì)新生恒星和可能是黑洞噴射出的更大射流原理的理解。新生恒星和黑洞是如此巨大的天體，它們可以捕捉光線，扭曲時(shí)空。現(xiàn)在正在實(shí)驗(yàn)室里制造穩(wěn)定、超音速、強(qiáng)磁化的等離子體射流，這可能使我們能夠研究光年之外的天體物理物體，其研究結(jié)果發(fā)表在《天體物理學(xué)》上。該團(tuán)隊(duì)使用羅切斯特大學(xué)激光能量學(xué)實(shí)驗(yàn)室(LLE)的OMEGA激光設(shè)備制造了這些噴射流。

研究人員將歐米茄的20束激光束對(duì)準(zhǔn)一個(gè)塑料目標(biāo)環(huán)形區(qū)域。每一束激光都會(huì)產(chǎn)生一小股等離子體，當(dāng)氣泡膨脹時(shí)，它們對(duì)環(huán)的內(nèi)部區(qū)域施加壓力。這個(gè)壓力擠壓出一個(gè)長度超過4毫米的等離子體射流，產(chǎn)生了一個(gè)強(qiáng)度超過100特斯拉的磁場。這是在實(shí)驗(yàn)室中研究等離子射流的第一步，研究人員很興奮，因?yàn)椴粌H創(chuàng)造了一束噴射流，我們還成功地使用了先進(jìn)的歐米茄診來確認(rèn)射流形成，并對(duì)其性能進(jìn)行了表征。

該工具是由LLE和麻省理工學(xué)院(MIT)團(tuán)隊(duì)共同開發(fā)，它測量了射流的密度、溫度、長度、在空間中增長時(shí)，它在一起的狀態(tài)，以及周圍磁場的形狀。這些測量數(shù)據(jù)幫助科學(xué)家確定實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)象與外層空間的噴流相比如何。還提供了一個(gè)基準(zhǔn)線，科學(xué)家可以通過它來觀察等離子體在不同條件下的行為。這是一項(xiàng)突破性的研究，因?yàn)闆]有其他團(tuán)隊(duì)成功地發(fā)射過一種超音速、窄光束射流，這種射流攜帶如此強(qiáng)的磁場，可以延伸到很遠(yuǎn)的地方。

這是科學(xué)家首次證明，磁場不僅環(huán)繞著噴射流，而且平行于噴射流的軸向延伸。研究人員希望用更大的激光設(shè)備來擴(kuò)展研究，并研究其他類型的現(xiàn)象，下一步是要看看外部磁場是否能使射流更長、更準(zhǔn)直。還想用勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室的國家點(diǎn)火裝置來復(fù)制這個(gè)實(shí)驗(yàn)，這個(gè)裝置有192束激光，其中一半可以用來制造等離子環(huán)。它會(huì)有一個(gè)更大的半徑，從而產(chǎn)生一個(gè)更長的射流比使用。這個(gè)過程將幫助我們弄清楚在什么條件下等離子體射流最強(qiáng)。

博科園｜研究/來自：普林斯頓等離子體物理實(shí)驗(yàn)室

參考期刊《天體物理學(xué)》

DOI: 10.3847/2041-8213/ab07bd

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