天体高能电子的产生一直是天体物理学领域备受关注的难题，也是《科学》杂志提出的125个科学问题之一。
近日，中国科学院国家天文台等机构的研究团队在上海“神光二号”大科学装置上取得重要突破，首次在实验室实现了大尺度动理学湍流等离子体中的电子随机加速过程，揭开了天体中高能电子产生的谜团。
论文发表在国际学术期刊《自然-通讯》上，题目为“实验室产生的动理学湍流等离子体中的电子随机加速”。
论文第一作者、中国科学院国家天文台袁大伟博士介绍，磁重联加速、冲击波加速和随机加速等多种机制都被提出用来解释不同天体环境中高能粒子的产生。由于难以在实验室产生天体类似的大尺度动理学湍流等离子体，随机加速机制一直未被证实。
研究团队利用上海“神光二号”装置在实验室产生超音速对流等离子体，利用束流速度各向异性诱发了电磁不稳定性，进而形成大尺度等离子体紊乱结构。傅里叶频谱分析结果表明，该紊乱结构的功率谱与动理学湍流谱高度一致。
论文共同通讯作者、中国科学院国家天文台赵刚院士表示，理论模拟发现，天体高能电子主要来自于湍流等离子体中的热电子与磁岛多次“碰撞”获得能量增益，即湍流随机加速。这一研究结果对于理解天体复杂环境中的粒子加速和高能辐射具有重要意义。
