实验模拟像“雷”“电”“火”的天体喷流

年轻恒星喷发出威力无比的离子束，强磁场效应激发了恒星的大喷发。一支国际科学团队使用了激光和强磁场技术，在实验室内模拟了天体物理的喷流现象，首次验证了天体喷流的物理机制。天体物理现象的喷流在太空中展示了瑰丽而奇特的景象，从黑洞、类星体和原恒星的中心喷发出晶莹透亮的辐射物质，好似宇宙的“超级探照灯”，在太空中绵延了数光年的长度。国际科学团队以德国科学家为主，他们第一次通过实验模拟的手段成功地再现了天体喷射现象，年轻恒星如何形成了喷流辐射？实验结果显示，强磁场在其中发挥了关键作用。

德国德累斯顿——罗森多夫·赫尔姆霍茨研究中心（HZDR的科学家将喷流项目的研究成果发表在《科学》杂志，不仅解释了天体喷射的物理机制，而且相关的研究成果可用于对癌症病人的放射性治疗。天体喷流的发生与在特定空间形成的旋转性物质碟盘有关，从旋转碟盘的中心爆发出细薄而紧凑的直线型光束喷流。碟盘中心的辐射型光束喷流和旋转碟盘的组合体好似“宇宙的陀螺”。天文学家对恒星的形成过程进行了观测，他们早已发现了星系的圆盘结构，从星系圆盘的中心发出了细薄的光束喷流，一直以来，科学家对其中的机理感到束手无策。

天体喷流的发生机制似乎逃避了科学家的认知范围，HZDR和欧、美、亚洲国家的科研人员展开了共同合作，国际科学团队在法国激光应用实验室（LULI）成功地模拟了天体喷流现象，他们用强激光照射了一块特制的塑料样品，在“激光靶子”样品中运动的电子在高能光子的激发下产生了集聚效应，固体的塑料样品在激光束的照射下变成了导电的等离子体，HZDR辐射物理研究所的主任托马斯·考恩教授解释说，应用激光技术制成了等离子体，这是通过实验手段解决问题的第一步。

由电子和离子组成的小规模云状物快速地扩散，好似年轻恒星在形成的过程中集聚了大量热物质，在实验室的环境模拟了微型版本的年轻恒星，实验方法有一个特别之处，等离子体暴露在非常强大的脉冲磁场中，目的是检验等离子体在强磁场中的物理效应。研究人员感到了惊讶，处在强大磁场的等离子体各向分散，在集聚的过程中形成了中心空虚的聚合体，最终产生了向外喷发的激波，形成了十分细薄而紧凑的光束喷流。在对实验条件参数分析的基础上，他们将实验结果推广到对宇宙喷流现象的解释。

光束喷流持续了短暂的20纳秒或十亿分之一秒，拿一双苍蝇翅膀的拍打节奏进行对比，苍蝇翅膀一次的拍打时间超过了光束喷流发生时间的10万倍。在实验室的环境制成了等离子体结构，模拟了大约6岁恒星发射的喷流。实验模型的可靠性得到了天文观测的检验。从过去20年太空望远镜收集的数据来看，天体喷流现象与实验模拟的结果相符。通过X—射线望远镜对天体喷流进行了观测，这与在实验环境形成的等离子体喷射光束有相似性。喷流的实验模型第一次帮助科学家对天体喷流现象进行了合理解释。

实验模型考虑了单一的磁场因素，科研人员在之前的研究中分析了天体结构旋转的因素，年轻恒星的旋转影响了喷流的形成。在实验室制成的等离子聚合体喷流有助于在物理医学等工程物理领域的应用和创新。受益于强脉冲磁场实验的成果，科研人员研制了质子束发射的医疗设备，在医用放射性治疗的领域应用了特别细薄的质子束，为癌症患者带来了福音，德国HZDR的博士研究生弗洛莱恩·克罗尔主要负责辐射医学物理的研究。在实验室制备强大的脉冲磁场，科研人员在德累斯顿高强磁场实验室设计、开发了特别用途的脉冲发生器。

高强磁场实验室的负责人托马斯·赫曼斯多夫解释说，合作团队研发了特别类型的脉冲发生器，法国科学家将强大磁场安置在一个小而封闭的实验室，发生器的尺寸相当于一个衣柜，磁场电流达到了300千安培。一个衣柜大小的实验设备十分紧凑，在技术上形成了真正的挑战。电子工程师设计了富有创造力的解决方案，他们研制的脉冲发生器不限于在实验室的使用，而是广泛地应用在工业和医疗领域。脉冲发生器安置在巴黎附近的帕莱索激光实验室。德累斯顿研究所和法国以及其它国家的科研人员在进一步的合作中共同探索天体喷流现象的物理机制。

（编译：2014-10-22）

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