在日內瓦的歐洲核子研究中心,一支由牛津大學主導的國際科研團隊取得了一項突破性成果——首次在實驗室環境下利用超級質子同步加速器制造出等離子體“火球”,并借此破解了困擾科學界多年的宇宙隱形磁場與伽馬射線消失之謎。這一發現為理解宇宙中高能現象提供了全新視角,相關研究已發表于學術期刊《美國國家科學院院刊》。
研究的核心目標聚焦于耀變體——一種由超大質量黑洞驅動的活動星系,其噴流能釋放出能量極高的特高能伽馬射線。根據理論,這些射線在穿越宇宙空間時,會與背景輻射相互作用,產生電子-正電子對,并進一步散射出能量較低的甚高能伽馬射線。然而,費米望遠鏡等觀測設備卻始終未能捕捉到這些預期中的信號,引發科學界對兩種主流假說的爭論:一是弱星系際磁場導致粒子對偏轉,使甚高能伽馬射線偏離地球;二是電子-正電子束流在傳播過程中因內部不穩定性耗散能量,無法形成預期的輻射。
為驗證這些理論,科研團隊借助歐洲核子研究中心的HiRadMat設施與超級質子同步加速器,在實驗室中模擬了耀變體噴流的傳播環境。通過產生電子-正電子對并使其穿越等離子體,團隊構建了宇宙尺度的簡化模型。實驗中,研究人員重點測量了噴流束斑的形態變化及其磁場特征,以檢驗束流-等離子體不穩定性的影響。
實驗結果卻出乎意料:粒子對束流在等離子體中保持高度穩定,幾乎未出現發散或自生磁場的現象。當將這一結果擴展至宇宙學尺度時,團隊發現束流-等離子體不穩定性不足以解釋甚高能伽馬射線的缺失。這一發現直接支持了另一種假說——宇宙中存在遺留的星系際磁場,其持續偏轉粒子對,導致相關輻射無法抵達地球。英國思克萊德大學合作研究員鮑勃·賓厄姆教授指出:“實驗室天體物理學讓我們能夠重建極端宇宙環境,并通過精確測量揭示影響噴流演化的關鍵過程,這為理解星系際磁場的起源提供了重要線索。”
盡管破解了伽馬射線消失之謎,研究卻引發了新的疑問:若星系際介質中確實存在磁場,其在早期宇宙近乎均勻的條件下是如何形成的?對此,團隊提出,磁場起源可能與標準模型之外的新物理理論相關。隨著切倫科夫望遠鏡陣列等新一代觀測設施的建成,科學家將獲得更高分辨率的數據,為檢驗這些理論提供依據,進一步探索磁性宇宙的深層奧秘。











