在这幅概念图中，一个大型的超级计算机模拟实验显示了黑洞和中子星周围极端湍流环境中发生的强粒子密度波动状况。
几十年来，科学家们一直在推测宇宙中最神秘的天体——黑洞和中子星——所在的天体区域发出的电磁辐射的确切来源。天体物理学家们认为，这种让中子星和黑洞发光的高能辐射是由电子在以接近光速的速度运动时所产生的，但究竟是什么样的物理过程加速了这些粒子仍然是个谜。
据美国“物理学组织网”11月27日消息，美国哥伦比亚大学（Columbia University，简称哥大）的研究人员日前对这些高能粒子加速效应背后的物理学原理作出了最新解释。在《天体物理学杂志》12月号刊发的一篇研究论文中，两位天体物理学家利用大型超级计算机模拟实验来计算加速这些粒子的机制。他们得出的结论是，这种激发效应是混沌运动和超强磁场重连之间发生相互作用的结果。
该论文第一作者、哥大博士后研究员Luca Comisso解释道：“乱流和磁力线断裂并迅速重新连接过程的共同作用加速了粒子，以至于让它们的运动速度接近光速。”这项研究的首席研究员、哥大天文学助理教授Lorenzo Sironi介绍说：“我们运用了最精确的技术——质点网格法（particle-in-cell method）——来计算数千亿带电粒子的运动轨迹。这些粒子自洽地控制着电磁场，而电磁场又反过来支配着它们的运动。”
这项研究的关键是确定磁场重联在动荡环境中所起的作用。模拟实验结果表明，重联是对粒子加以选择的关键机制，被选择的粒子随后将被湍流磁场加速到最高能量状态。模拟还表明，粒子获得其大部分能量的方式是通过以极高的速度进行躲避波动湍流的随机弹跳。当磁场强大时，这种加速机制运转非常迅速。不过，强磁场也会迫使粒子沿弯曲路径运动，从而让它们发射出电磁辐射。
研究人员表示，他们的最终目标是了解黑洞和中子星周围极端环境中的一切。这将会为基础物理学提供更多有帮助的信息，并增进我们对宇宙运行方式的理解。
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编译：朱明逸
审稿：三水
责编：张梦
期刊来源：《天体物理学杂志》
期刊编号：0004-637X
原文链接：
https://phys.org/news/2019-11-theory-black-holes-neutron-stars.html
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