科学家成功制造首个等离子体火球，揭开太空磁场的神秘面纱

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这是世界首创，等离子体“火球”在瑞士日内瓦的欧洲核子研究中心（CERN）使用超级质子同步加速器在实验室中创造出来。

由牛津大学领导的国际科学团队进行了实验，以破解宇宙中隐藏的磁场和缺失的伽马射线这一长期难题。

牛津大学物理系的首席研究员吉安卢卡·格雷戈里教授表示：“我们的研究展示了实验室实验如何帮助弥合理论与观察之间的差距，加深我们对卫星和地面望远镜观测到的天体的理解。”

实验室里测试两种理论

这项研究专门设计用于研究耀变星的一个关键谜团，这些耀变星是活跃的星系，拥有超大质量黑洞，并且正在发射粒子喷流。

这些喷流产生极高能量的伽马射线（TeV），在它们穿越空间的过程中，会产生一连串的电子和正电子对。

这些粒子对预计会散射到宇宙微波背景辐射中，然后产生低能伽马射线，能量在 GeV 范围内。然而，这些 GeV 射线在像费米这样的望远镜观测中始终未能观测到。

科学家们提出了两种主要假设来解释这些缺失的辐射。

微弱的星际磁场正在偏转这些粒子对，并将产生的 GeV 射线引导到远离地球的方向。

或者，电子-正电子对束在传播时变得不稳定，产生内部的 磁场，在 GeV 射线产生之前耗散掉束的能量。

研究人员利用CERN的HiRadMat设施和超级质子同步器生成电子-正电子对，并通过一米的等离子体加速它们，从而测试理论。

实验成功创建了一个缩小版实验室模型，模拟了穿越太空的类星体喷流。

为了测试扰动理论，研究人员通过测量喷流的束流轮廓及其磁场特征，直接检查了束流-等离子体不稳定性的影响。

意外的稳定性指向原始磁场

结果让人意外。

这对束流保持狭窄且几乎平行，几乎没有干扰或自生磁场的迹象。

将实验结果推广到宇宙尺度，表明束流-等离子体不稳定性不足以解释 GeV 伽马射线的缺失。

这一结果直接支持了对立假说：即在整个宇宙中确实存在一个遗留的星际磁场，持续偏转粒子对，使 GeV 辐射未能到达 地球。

“这些实验展示了实验室天体物理如何验证高能宇宙理论。通过在实验室中模拟相对论性等离子体条件，我们可以测量影响宇宙喷流演化的过程，并更好地理解星际空间中磁场的来源，” 说 来自 STFC 中央激光设施和斯特拉斯克莱德大学的共同研究员鲍勃·宾厄姆教授。

尽管解决了一个谜团，但研究结果引入了一个新的难题：如果星际介质具有磁场，那么它是如何在极其均匀的早期宇宙中产生的？

研究人员建议，磁场的起源可能涉及超出标准模型的新物理理论。

即将到来的切伦科夫望远镜阵列（CTAO）等设施将提供更高分辨率的数据，以测试这些新想法，并进一步揭示磁性宇宙的秘密。

这项研究于11月3日发表在《PNAS》期刊上。