銀河係很少單獨存在。相反，會(hui) 有幾十個(ge) 到幾千個(ge) 銀河係被引力吸引到一起進而形成一個(ge) 巨大的星係團，這是其成為(wei) 宇宙中最大的天體(ti) 。“星係團是宇宙中最令人敬畏的事物之一，”芝加哥大學天體(ti) 物理學家、2022年3月9日發表在《科學》上的一篇新論文的共同作者Don Lam教授說道。

據悉，這篇論文可能為(wei) 解開一個(ge) 長達幾十年的謎團指明方向。

科學家們(men) 早就知道，星係團中的氫氣溫度高得嚇人--約1000萬(wan) 開爾文度，或跟太陽中心的溫度大致相同，在這樣的高溫條件下，氫原子不可能存在。相反，這些氣體(ti) 是由質子和電子組成的等離子體(ti) 。

但一個(ge) 難題依然存在。對於(yu) 氣體(ti) 為(wei) 何或如何保持如此高的溫度並沒有直接的解釋。根據正常的物理學規則，它應該在宇宙的年齡內(nei) 冷卻。但它並沒有。

對於(yu) 任何試圖解決(jue) 這一難題的人來說，挑戰在於(yu) 你不可能在你的後院完全創造出這種強大的熱和磁條件。

然而現在地球上有一個(ge) 地方你可以做到：世界上最有能量的激光設施。勞倫(lun) 斯利弗莫爾國家實驗室的國家點火設施能夠創造這樣的極端條件--盡管隻是在一角硬幣大小的體(ti) 積中創造一小部分的時間。

來自芝加哥大學、牛津大學和羅切斯特大學的科學家們(men) 共同合作，他們(men) 通過利用位於(yu) 加利福尼亞(ya) 州利弗莫爾的國家點火設施來創造類似於(yu) 巨大的星係團中的熱氣體(ti) 的條件。作為(wei) 論文第一作者的Jena Meinecke感歎道：“在國家點火設施進行的實驗簡直是出神入化。”

科學家們(men) 將196個(ge) 激光器集中在一個(ge) 微小的目標上，並創造了一個(ge) 帶有強烈磁場的白熱等離子體(ti) --其存在時間為(wei) 幾十億(yi) 分之一秒。

這足夠長的時間讓他們(men) 確定，等離子體(ti) 中沒有均勻的溫度，而是存在著熱點和冷點。

這跟人們(men) 提出的關(guan) 於(yu) 熱量如何被困於(yu) 星係團內(nei) 的理論之一相吻合。通常情況下，熱量會(hui) 隨著電子的相互碰撞而輕易分布。但等離子體(ti) 內(nei) 部糾結的磁場會(hui) 影響這些電子，進而使它們(men) 沿著磁場的方向旋轉--這可能會(hui) 阻止它們(men) 均勻地分配和分散它們(men) 的能量。

事實上，研究人員在實驗中看到，能量的傳(chuan) 導被抑製了100倍以上。

“這是一個(ge) 令人難以置信的結果，因為(wei) 我們(men) 已經能夠證明天體(ti) 物理學家提出的建議是在正確的軌道上，”Lamb說道。

研究報告的合著者、來自羅切斯特大學的教授Petros Tzeferacos則補充道：“這確實是一個(ge) 驚人的結果。模擬是解開在湍流、磁化等離子體(ti) 中起作用的物理學的關(guan) 鍵，但熱傳(chuan) 輸抑製的水平超出了我們(men) 的預期。”

這些模擬是用一種叫做FLASH代碼的計算機代碼完成的，該代碼由芝加哥大學開發，現在則由Tzeferacos領導的羅切斯特大學計算科學Flash中心主持。該代碼允許科學家在做激光實驗之前對其進行精致的模擬以便他們(men) 能夠實現他們(men) 所尋求的結果。

這一點很關(guan) 鍵，因為(wei) 科學家們(men) 隻有寶貴的幾次機會(hui) --如果出了問題就沒有重做的機會(hui) 。並且由於(yu) 實驗條件隻持續幾納秒，科學家們(men) 必須確保他們(men) 在正確的時間進行所需的測量。這意味著所有的事情都必須提前很長時間進行精確的規劃。

“當你處於(yu) 可以做的非常極端的時候，這是一個(ge) 挑戰，但那是前沿的地方，”Lamb說道。

然而關(guan) 於(yu) 星係團的物理學還存在更多的問題。盡管熱點和冷點是磁場對星係團中熱氣體(ti) 冷卻的影響的確鑿證據，但還需要進一步的實驗來了解到底發生了什麽(me) 。該小組正在計劃今年晚些時候在NIF進行下一輪的實驗。

不過就目前而言，他們(men) 很高興(xing) 已經揭示了星係團中的氣體(ti) 即使在數十億(yi) 年後仍很熱的原因。

Lamb表示：“這提醒我們(men) ，宇宙中充滿了神奇的東(dong) 西。”