地球上的一项实验刚刚复制了最极端的天体物理过程的缩影。
普林斯顿等离子体物理实验室 (PPPL) 的物理学家已成功创造出类似于婴儿恒星喷发和喂养的准直喷流。
我们的实验室版本远不及太空中的版本那么大或强大，可以延长。但结果首次揭示了长期以来假设的等离子体不稳定性，可以帮助我们了解这些喷发是如何形成并以接近光速的速度发射到太空的。
“这些实验表明磁场对于等离子射流的形成非常重要，”PPPL 物理学家威尔·福克斯说。 “现在我们可能已经深入了解了这些喷流的产生原因，理论上我们可以研究巨大的天体物理喷流并了解有关黑洞的一些信息。”
天体物理喷流是。它们是长而窄的等离子体流，从某些宇宙物体的两极沿着旋转轴射出。
在黑洞中，它们是在以下情况下形成的：正在喂食；科学家认为，一些围绕黑洞旋转的物质会沿着磁力线转向并加速到两极，并在两极以喷流的形式发射出去。
据认为，类似的机制正在运行，它们以类似的方式从材料中获取能量。但我们实际上并不知道喷流形成的细节，这在我们对天体物理过程的理解中存在相当大的差距。
由 PPPL 物理学家 Sophia Malko 领导的一个研究小组现已观察到一种可能的机制。
该团队想要研究磁场和等离子体之间的相互作用，这是一个由电离粒子组成。为此，他们采用了一种称为质子辐射测量的技术，该技术利用带正电的亚原子粒子的偏转来绘制等离子体磁场的图案。
等离子体是通过向薄塑料盘发射激光而产生的。与此同时，通过向氢和氦胶囊发射激光，产生质子和 X 射线的混合物，氢和氦胶囊在加热时会发生核反应。
质子和 X 射线穿过位于两个强大原子之间的镍网。磁力线圈。该网格就像意大利面挤压机一样，迫使光线和粒子形成微小光束的网格。
由于等离子体自身与外部磁场的电磁相互作用而扭曲，质子束可以用来衡量等离子体内部的混乱程度。。由于 X 射线无阻碍、无扭曲地穿过，因此它们为质子的行为提供了一个比较点。
研究小组观察到磁场在膨胀等离子体的压力下向外膨胀。当等离子体继续推入磁场时，边缘开始出现气泡和泡沫，类似于蘑菇和柱子等形状——就像冷牛奶放入热牛奶中时翻滚和绽放的方式一样。。
“在相互作用过程中，由于温度、密度和磁场强度存在巨大差异，在场与等离子体相遇的地方形成了许多结构，”马尔科解释道。 “这是他们成长的完美场所。”
最后，当等离子体耗尽能量时，磁场迅速恢复原位，这反过来又导致等离子体形成细长的准直射流，就像从黑洞中喷出的射流一样。
研究人员表示，等离子体边缘的气泡和泡沫是真正有趣的部分，这种现象被称为磁瑞利泰勒不稳定性，是已知的一种形式。流体动力学的不稳定性，区别在于磁场的参与。
“当我们进行实验并分析数据时，我们发现我们有一些大东西，”马尔科 说。
“长期以来，人们一直认为等离子体和磁场相互作用引起的磁瑞利泰勒不稳定性会发生，但直到现在才被直接观察到。这一观察有助于证实，当膨胀的等离子体遇到磁场时，就会发生这种不稳定性。我们没有知道我们的诊断能达到这样的精确度，我们整个团队都很兴奋！”
这一观察不仅对天体物理学有影响。磁场所包含的等离子体构成了物理学家希望有一天能够提供高效、清洁的能源。
将等离子体限制在磁场内是一个挑战。更多地了解等离子体和磁场如何相互作用，可以为我们提供更多信息，以应用于未来的问题解决。
“现在我们已经非常准确地测量了这些不稳定性，我们拥有了改进模型所需的信息，并有可能比以前更高程度地模拟和理解天体物理喷流，”马尔科 说。 “有趣的是，人类可以在通常存在于太空中的实验室中制造一些东西。”
该研究发表于物理评论研究。
