作者:劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的布莱安娜·毕晓普 包括劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的科学家在内的一组研究人员详细描述了超新星爆发向星际介质扩展时形成的磁场
信用:NASA 在《物理评论快报》最近发表的一篇论文中，包括劳伦斯·利弗莫尔国家实验室(LLNL)科学家在内的一组研究人员使用一种新的光学汤普森散射技术，详细描述了由韦贝尔不稳定性驱动的等离子体成丝的磁场结构的首次定量测量
这些实验研究了无碰撞激波形成的过程，这种现象在天体物理环境中观察到，例如超新星爆发向星际介质的扩展
这些爆炸产生的粒子和星际介质处于非常低的密度，可能在没有碰撞的情况下运行数光年
然而，等离子体能够自生成强磁场和电场
当等离子体流相互通过时，它们变得容易受到威布尔不稳定性的影响——威布尔不稳定性是一些电磁等离子体中存在的等离子体不稳定性——导致两个相互渗透的流“成丝”，并聚集在一起形成单独的流
磁场围绕着这些成丝的流，增加了成丝的程度
等离子体放大这些磁场，直到它们变得足够强，可以完全扭转粒子
此时，流动停止，形成无碰撞激波
与冲击波相关的强大磁场还有另一个影响——它们在等离子体中的湍流运动将带电粒子加速到高能，产生可以在地球上观察到的宇宙射线
威布尔不稳定性是激波形成过程中最关键的因素
“实验的目的是研究威布尔不稳定性的动力学，”LLNL物理学家、该论文的主要作者乔治·斯威德林说
“虽然在以前使用质子射线照相术的实验中已经观察到成丝效应，但还没有对等离子体动力学进行直接测量
这些直接测量可用于非常直接地基准化理论和数值模型，用于理解这种不稳定性的增长和发展
“这些过程发生的尺度太小，无法在天体物理系统中观察到，所以实验室实验提供了测试理论模型的最佳机会，”他补充道
“在这种情况下，我们能够约束用来预测这一过程产生的最大磁场强度的模型
" 利用罗彻斯特大学激光能量学实验室的欧米茄设备，研究小组用1纳秒激光脉冲加热了一对直径为1毫米的铍圆盘
受热表面膨胀，产生峰值速度为3
每小时300万英里
研究人员对这些流进行碰撞，并使用光学汤姆逊散射诊断法研究碰撞中心的等离子体行为，该方法测量等离子体流的温度、密度和速度，使他们能够直接观察由于威布尔不稳定性而形成的等离子体细丝，并测量与这些细丝相关的电流和磁场
“为了理解这种不稳定性是如何发展的，以及它是如何形成冲击和加速粒子的，已经进行了大量的理论和模拟工作
不过，测试这些理论的实验证据一直不足
“因此，我们高度量化的数据代表了迄今为止测试用于预测这些现象的理论模型和模拟代码的最佳机会之一
" 展望未来，该团队将利用他们在这次活动中所学到的知识，对用于设计实验的细胞模型中的粒子进行基准测试，并在不稳定性进一步发展时进行更多的测量，使他们能够观察到从不稳定等离子体到完全形成激波状态的转变
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