地球上产生的黑洞等离子条件–激光短暂消耗的能量是整个地球的1000倍

时间：2021-10-22 10:51:58 来源：

通过将LFEX激光照射到微线圈中，产生磁重新连接。使用多个检测器评估通过磁重连加速的颗粒流出。作为结果的一个例子，观察到具有对称分布的质子流出。

大阪大学的科学家使用极强的激光脉冲来创造与黑洞周围相当的磁化等离子体条件，这项研究可能有助于解释某些天体仍然可以发射出的神秘X射线。

LFEX是世界上最大的兆瓦激光设备之一，位于大阪大学激光工程研究所。

大阪大学的激光工程已经成功地使用了短而强大的激光冲击波来在等离子体内部产生磁场重新连接。这项工作可能会导致从黑洞等天文物体发射X射线的理论更加完整。

除了受到极大的重力作用外，黑洞吞噬的物质还可以通过强烈的热量和磁场进行撞击。等离子体是比固体，液体或气体更热的第四种物质状态，由带电的质子和电子组成，这些质子和电子的能量过多，无法形成中性原子。取而代之的是，它们会响应磁场而疯狂反弹。在等离子体内部，磁重连接是一个过程，其中扭曲的磁力线突然“互相咬合”并互相抵消，从而导致磁能迅速转换为粒子动能。在包括我们的太阳在内的恒星中，重新连接是造成许多日冕活动的原因，例如太阳耀斑。由于强烈的加速作用，黑洞吸积盘中的带电粒子通常会在光谱的X射线区域内发出自己的光。

为了更好地理解导致观察到的来自黑洞的X射线的过程，大阪大学的科学家使用强激光脉冲在实验室中创建了类似的极端条件。高级作者藤冈伸介说：“我们能够研究相对论性磁重连接的电子和质子的高能加速。”“例如，可以更好地理解来自著名的黑洞天鹅座X-1的发射源。”

显示了在微线圈内部产生的磁场（左）和与磁重连相对应的磁场线（右）。在重新连接期间（上部）和之后（下部），磁力线的几何形状发生了显着变化。在我们的实验中，磁场的峰值测得为2,100T。

然而，这种水平的光强度不容易获得。短暂的一瞬间，激光需要2皮瓦的功率，相当于整个地球耗电量的一千倍。借助LFEX激光器，该团队能够以令人难以置信的2,000 telsas达到峰值磁场。为了进行比较，由MRI机器产生以产生诊断图像的磁场通常约为3特斯拉，而地球磁场仅为0.00005特斯拉。等离子体的粒子被加速到一个极端的程度，以至于需要考虑相对论效应。

“以前，相对论的磁重联只能通过在超级计算机上进行数值模拟来研究。现在，这是在配备强大激光器的实验室中的实验现实。”第一作者King Fai Farley Law说。研究人员认为，该项目将有助于阐明可能在宇宙中包含极端磁场的地方发生的天体物理过程。

参考：KFF Law，Y。Abe，A。Morace，Y。Arikawa，S。Sakata，S。Lee，K。Matsuo，H。“在激光实验室中进行相对论性的磁重联，以测试硬态黑洞系统的发射机理”。森田（Morita，Y.Ochiai），刘（C.Liu），A。Korneev和S. Fujioka，2020年9月3日， Physical Review E。
10.1103 / PhysRevE.102.033202

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