大阪大學(xué)激光工程研究所的研究人員已經(jīng)成功地使用了短而強大的激光沖擊波來在等離子體內(nèi)部產(chǎn)生磁場重新連接。這項工作可能會導(dǎo)致從黑洞等天文物體發(fā)射X射線的理論更加完整。

除了受到極大的重力作用外，黑洞吞噬的物質(zhì)還可以通過強烈的熱和磁場進行撞擊。等離子體是比固體，液體或氣體更熱的第四種物質(zhì)狀態(tài)，由帶電的質(zhì)子和電子組成，這些質(zhì)子和電子的能量過多，無法形成中性原子。相反，它們會響應(yīng)磁場而瘋狂反彈。在等離子體內(nèi)部，磁重新連接是這樣一種過程，其中扭曲的磁力線突然“捕捉”并互相抵消，從而導(dǎo)致磁能迅速轉(zhuǎn)換為粒子動能。在包括我們的太陽在內(nèi)的恒星中，重新連接是造成許多日冕活動的原因，例如太陽耀斑。由于強勁的加速，黑洞吸積盤中的帶電粒子通常在光譜的X射線區(qū)域發(fā)出自己的光。

為了更好地理解導(dǎo)致觀察到的來自黑洞的 X射線的過程，大阪大學(xué)的科學(xué)家使用強激光脈沖在實驗室中創(chuàng)建了類似的極端條件。高級作者藤岡伸介說：“我們能夠研究相對論性磁性重新連接的結(jié)果，電子和質(zhì)子的高能加速。” “例如，可以更好地理解來自著名的黑洞天鵝座X-1的發(fā)射源。”

然而，這種水平的光強度不容易獲得。短暫的一瞬間，激光需要2皮瓦的功率，相當(dāng)于整個地球上耗電量的一千倍。借助LFEX 激光器，該團隊能夠以令人難以置信的2,000 telsas達到峰值磁場。為了進行比較，由MRI機器產(chǎn)生以產(chǎn)生診斷圖像的磁場通常約為3特斯拉，而地球磁場僅為0.00005特斯拉。等離子體的粒子被加速到極端程度，以至于需要考慮相對論效應(yīng)。

第一作者金·法里·法利(Kai Fai Farley Law)說：“以前，相對論的磁重聯(lián)只能通過在超級計算機上進行數(shù)值模擬來研究?，F(xiàn)在，這是在實驗室中使用強大激光的實驗現(xiàn)實。” 研究人員認為，該項目將有助于闡明可能發(fā)生在宇宙中包含極端磁場的地方的天體物理過程。