在日内瓦的欧洲核子研究中心,一支由牛津大学主导的国际科研团队取得了一项突破性成果——首次在实验室环境下利用超级质子同步加速器制造出等离子体“火球”,并借此破解了困扰科学界多年的宇宙隐形磁场与伽马射线消失之谜。这一发现为理解宇宙中高能现象提供了全新视角,相关研究已发表于学术期刊《美国国家科学院院刊》。
研究的核心目标聚焦于耀变体——一种由超大质量黑洞驱动的活动星系,其喷流能释放出能量极高的特高能伽马射线。根据理论,这些射线在穿越宇宙空间时,会与背景辐射相互作用,产生电子-正电子对,并进一步散射出能量较低的甚高能伽马射线。然而,费米望远镜等观测设备却始终未能捕捉到这些预期中的信号,引发科学界对两种主流假说的争论:一是弱星系际磁场导致粒子对偏转,使甚高能伽马射线偏离地球;二是电子-正电子束流在传播过程中因内部不稳定性耗散能量,无法形成预期的辐射。
为验证这些理论,科研团队借助欧洲核子研究中心的HiRadMat设施与超级质子同步加速器,在实验室中模拟了耀变体喷流的传播环境。通过产生电子-正电子对并使其穿越等离子体,团队构建了宇宙尺度的简化模型。实验中,研究人员重点测量了喷流束斑的形态变化及其磁场特征,以检验束流-等离子体不稳定性的影响。
实验结果却出乎意料:粒子对束流在等离子体中保持高度稳定,几乎未出现发散或自生磁场的现象。当将这一结果扩展至宇宙学尺度时,团队发现束流-等离子体不稳定性不足以解释甚高能伽马射线的缺失。这一发现直接支持了另一种假说——宇宙中存在遗留的星系际磁场,其持续偏转粒子对,导致相关辐射无法抵达地球。英国思克莱德大学合作研究员鲍勃·宾厄姆教授指出:“实验室天体物理学让我们能够重建极端宇宙环境,并通过精确测量揭示影响喷流演化的关键过程,这为理解星系际磁场的起源提供了重要线索。”
尽管破解了伽马射线消失之谜,研究却引发了新的疑问:若星系际介质中确实存在磁场,其在早期宇宙近乎均匀的条件下是如何形成的?对此,团队提出,磁场起源可能与标准模型之外的新物理理论相关。随着切伦科夫望远镜阵列等新一代观测设施的建成,科学家将获得更高分辨率的数据,为检验这些理论提供依据,进一步探索磁性宇宙的深层奥秘。