最新！科學家在地球實驗室：重現超新星爆炸

2020-07-08 博科園

由聯邦理工學院科學家領導的一個研究小組，為揭開我們從地球上觀察到的許多超新星遺蹟為什麼是軸對稱（沿著一個軸拉長）而不是球形的謎團鋪平了道路，其研究成果發表在《天體物理學》期刊上。當一顆大質量恆星耗盡燃料時，就會發生超新星爆發，產生的巨大爆炸，在周圍的介質中產生衝擊波。這些被稱為超新星殘留物的衝擊波可以綿延數千光年，橫跨廣闊的距離。

最新！科學家在地球實驗室：重現超新星爆炸

如果距離地球足夠近，天文學家或許可以對它們進行採樣研究，但遺憾的是，都太遠了。迄今為止最好的模型預測，這些超新星爆炸殘留物應該是球對稱的，因為能量是向各個方向拋出。然而，望遠鏡拍攝了許多與我們預期不同的圖像。例如，被命名為G296.5+10.0的超新星遺蹟（目前還不夠有名，不足以給它起一個更吸引人的名字）沿著它的垂直軸對稱。

最新！科學家在地球實驗室：重現超新星爆炸

天文學家提出了許多假說來解釋這些觀察結果，但到目前為止，很難對其進行檢驗。巴黎理工學院的研究員Paul Mabey和來自牛津大學Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf(HZDR)的國際合作者，以及法國替代能源和原子能委員會(CEA)在實驗室中以較小的規模，重現了超新星爆炸這一天體物理現象，以解釋這一謎團。為了做到這一點，研究使用了位於理工學院校園內強雷射實驗室(LULI)的高功率脈衝雷射器。

重現超新星爆炸

研究還使用了一個產生比地球磁場強約20萬倍的超強磁場來測試不同假設，發現當施加這個磁場時，衝擊波會沿著一個方向拉長。結果支持在G296.5+10.0附近存在大尺度磁場並是當前形狀原因的觀點。極端磁場的強度達到10特斯拉，起源於所謂的亥姆霍茲線圈，該線圈由德勒斯登強磁場實驗室和HZDR輻射物理研究所的科學家共同開發和建造，產生幾乎均勻的磁場。

最新！科學家在地球實驗室：重現超新星爆炸

線圈由高壓脈衝發生器供電，高壓脈衝發生器也是在HZDR開發，並永久放置在LULI。最重要的是，正是這些獨特儀器的技術發展，使這種極端條件成為可能，否則這些極端條件只能在浩瀚的宇宙中找到：它使研究人員能夠研究超新星爆炸等現象，或者在實驗室天體物理學中的新應用。天體物理學家現在希望利用目前和未來對超新星遺蹟的觀測，確定整個宇宙中磁場的強度和方向。

最新！科學家在地球實驗室：重現超新星爆炸

此外，研究團隊已經開始計劃在LULI進行未來的實驗，以便在實驗室研究這些天體物理系統。許多超新星遺蹟(SNR)，如G296.5+10.0呈軸對稱或桶狀，而不是預測的球狀，這樣的形態，之前的研究已經與星系磁場的方向聯繫在一起，儘管這一點仍然不確定。這些信噪比在星際介質中產生磁流體動力學衝擊，改變其物理和化學性質。由於所涉及的空間尺度較小，通過觀測來研究是很困難的。

最新！科學家在地球實驗室：重現超新星爆炸

為了回答這些問題，研究進行了一個規模化的實驗室實驗，在這個實驗中，雷射產生的衝擊波在均勻磁場影響下膨脹。爆炸波呈現出一個橢圓形，其長軸與磁場對齊，重現了超新星爆炸場景和及其超新星遺蹟形狀。

博科園｜研究/來自：亥姆霍茲德國研究中心協會

參考期刊《天體物理學》

DOI: 10.3847/1538-4357/ab92a4

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