耀變體噴流等離子體“火球”在實驗室重現

由英國牛津大學領銜的國際團隊利用歐洲核子研究中心（CERN）的超級質子同步加速器，首次在實驗室製造出等離子體“火球”，模擬了類星體耀變體噴流在星際空間傳播的過程，為破解宇宙中“消失的伽馬射線”之謎提供了新線索。相關成果發表於新一期《美國國家科學院院刊》。

耀變體是一類由超大質量黑洞驅動的活動星系，會向地球方向噴射出狹窄、接近光速的粒子與輻射束，產生極強的伽馬射線，能量可達數太電子伏（TeV）。理論上，這些高能伽馬射線在穿越星際空間時，會與恆星背景光發生散射，生成電子—正電子對。隨後，這些粒子對應當與宇宙微波背景相互作用，產生能量較低的伽馬射線，但迄今為止，這些低能伽馬射線始終未被衞星望遠鏡探測到。

科學家長期困惑於這一現象。一種觀點認為，這些電子—正電子對被極其微弱的星際磁場偏轉，導致伽馬射線偏離視線；另一種觀點則認為，粒子束在穿越稀薄星際介質時會出現不穩定性，擾動電流進而生成磁場，使粒子束能量耗散。

為驗證這些觀點，研究團隊在CERN的高輻射材料實驗設施中，利用超級質子同步加速器產生電子—正電子對，並讓它們穿過一米長的等離子體，構建出類星體噴流在星際空間傳播的實驗模型。通過精確測量粒子束形態及磁場信號，研究人員首次在實驗室中直接檢驗了“噴流—等離子體不穩定性”是否足以破壞噴流結構。

實驗顯示，粒子束始終保持狹窄、幾乎平行的形態，幾乎沒有出現顯著擾動或自發磁場。團隊據此推斷，在天體尺度上，這種不穩定性效應過弱，無法解釋缺失的低能伽馬射線。這一結論反而強化了另一種解釋，即宇宙中確實存在極其微弱的星際磁場，它們可能是早期宇宙遺留下的“原初磁場”。

通過在地球上模擬極端物理條件，得以驗證宇宙尺度下的過程，這是理解高能天體噴流及磁場起源的重要一步。

宇宙早期極為均勻，磁場的種子機制仍不明確，可能涉及超越標準模型的新物理。未來，切倫科夫望遠鏡陣列天文台等新一代觀測設施有望提供更高分辨率的數據，進一步驗證這一理論。(科技日報記者 張佳欣)