天体物理|新型实验平台能够首次测量磁重联过程中的离子声波爆发

在罗彻斯特大学激光能量学实验室的欧米茄激光器上进行的一系列实验为磁重联提供了新的见解，这一过程有助于解释恒星耀斑和其他天体物理现象。该研究证实，不稳定的离子声波 (IAW) 对于进一步了解磁重联过程中的耗散物理学可能很重要。

“现在我们很高兴重新发现[离子声波]在某些条件下的重要性，这些条件可能存在于空间和天体物理学的广泛现象中，”普林斯顿等离子体物理实验室的 Hantao Ji 说，该实验室是该论文的作者之一作者。

结果发表在《自然物理学》杂志上，题为“激光驱动的反并联重连过程中的离子和电子声爆”。普林斯顿大学的一组研究人员领导了这项工作，罗切斯特大学、麻省理工学院和劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL) 也做出了贡献。

“这是一部鼓舞人心的作品。它表明可以通过广泛的数据分析从简单的实验设置中了解精致的细节。关于磁重联，我们还有很多不了解的地方，但这项工作开辟了一些有趣的探索途径，”LLNL 物理学家约翰·穆迪 (John Moody) 说，他也是一位作者。他提供了关于实验平台和目标设计的新型激光供电电容器线圈电流机制的见解。

磁重联是等离子体中非平行磁力线的断开和重新连接。在此过程中，磁场能量转化为等离子体动能和热能。磁重联被认为可以为太阳耀斑和北极光等天体物理现象提供动力。

在实验中，研究人员创建了一个实验平台来产生类似于在太阳大气中观察到的磁重联。在平台中，两束紫外激光束穿过第一块铜板上的孔到达第二块板，并通过连接两块板的两个平行回路产生电流。在两个线圈之间创建的几何形状可以改善等离子体限制和有效的粒子加速。加速的电子然后驱动在这些实验中测量的离子声波。

研究人员推测，磁重联中的 3D 动力学耗散机制可能是由电子和离子或等效电流之间的相对漂移驱动的不稳定 IAW 引起的。使用这个新颖的实验平台，他们能够使用集体汤姆森散射诊断首次测量 IAW 爆发的突然发生。

“这为磁重联的耗散物理学提供了新的见解，”LLNL物理学家陈辉说，他也是合著者。她通过提供粒子光谱仪和培训研究生分析粒子数据来为该项目做出贡献。

研究团队计划进行进一步的实验，包括增加半圆形线圈中电流的产生，以解决 IAW 的效率和普遍性等问题，以在更宽的参数空间中重新连接期间耗散磁能。