嵌在蟹状星云中央的快速旋转的中子星是发电机，为星云的阴暗内部蓝色光芒提供了动力。蓝光来自电子，其旋转速度几乎是来自中子星磁场线周围的光速。中子星是爆炸星的压碎的超致密核心，就像一座灯塔一样，它会发射出双束辐射束，看上去每秒会产生30次脉冲stylechina.com。NASA，ESA，J。Hester（亚利桑那州立大学）
毫无疑问，黑洞和中子星是已知宇宙中最神秘的物体。围绕恒星生命周期结束时出现的这些密集物体的奥秘之一就是来自容纳它们的空间区域发出的电磁辐射的来源。
天体物理学家几十年来一直怀疑这种高能辐射是电子以近光速在黑洞和中子星周围运动的产物。
然而，难题的缺失部分正是正是导致这些电子被加速到相对论速度的过程。
现在，在《 天体物理学杂志》上发表的一项研究中，天体物理学家卢卡·科米索（Luca Comisso）和洛伦佐·西罗尼（Lorenzo Sironi）讨论了大规模的超级计算机模拟，他们利用这种模拟来揭示加速背后的神秘机制。
哥伦比亚大学二人组得出的结论是，这种速度是由混沌运动与在强大磁场中发现的称为“重新连接”的现象之间的相互作用所赋予的。
哥伦比亚大学的博士后研究科学家，第一任作者Comisso说：“湍流和磁重连接是一个过程，其中磁力线撕裂并快速重连接，共同聚集以加速粒子，从而将它们提升到接近光速的速度。”研究。
研究人员继续解释说，黑洞和中子星所在的区域被极热的气体微粒海渗透。当这些气体粒子无序移动时，它们会拖曳磁力线。这驱动了剧烈的磁性重新连接。
“正是由于重新连接和湍流引起的电场，粒子才被加速到最极端的能量，远比地球上最强大的加速器（例如欧洲核子研究中心的大型强子对撞机）要高。” Comisso继续说道。
计算混乱
研究这种湍流气体的困难在于无法精确预测混沌运动。实际上，处理湍流数学的问题已广为人知，它是构成数学千年挑战挑战的七个问题之一。
在这里，大规模的超级计算机模拟显示了在包含黑洞和中子星的极端湍流环境中发生的强烈粒子密度波动。深蓝色区域是低粒子密度区域，而黄色区域是强烈超密度区域。由于在此环境中与强烈湍流波动的相互作用，粒子被加速到极高的速度。（Luca Comisso和Lorenzo Sironi）
Comisso和Sironi从天体物理学的角度解决了这个问题，方法是设计并采用广泛的超级计算机模拟来求解描述气体中带电粒子湍流的方程。这些模拟是该研究领域有史以来最大的模拟。
“我们使用最精确的技术-单元中的粒子方法-计算了数千亿个自洽决定电磁场的带电粒子的轨迹。正是这个电磁场告诉他们如何运动。”哥伦比亚大学天文学助理教授，这项研究的主要研究员西罗尼补充道。
研究人员指出，这项研究中最关键的要素是确定在这种动荡的环境中磁重连接所起的作用。
他们的模拟表明，重新连接“选择”了将被加速到接近相对论速度的磁场的粒子。它的模拟还表明，在这种环境下，粒子通过随机反弹湍流波动而获得了大部分能量。
此过程中涉及的磁场越强，电子的加速就越快。这些强场还会导致粒子以弯曲的轨迹行进，这种加速会导致电磁辐射的发射。
Sironi说：“实际上，黑洞和中子星周围发出的辐射使它们发光，这是我们在地球上可以观察到的现象。”
了解黑洞和中子星周围的极端环境
研究人员二人指出，他们研究的最终目的是更好地了解黑洞和中子星周围的极端环境以及其中发生的事件。
反过来，这可以为基础物理学和我们对宇宙如何运行的理解提供更多的启示。
但是仍然有很多工作要做。
该小组计划将其模拟所揭示的预测与蟹状星云发出的电磁辐射的观测结果进行比较。通过分析恒星剧烈爆炸后留下的明亮超新星碎片的电磁频谱，他们可以将其工作与实际观测联系起来。
“我们发现湍流和磁力重新连接之间存在着重要的联系，以加速粒子，但是仍然有很多工作要做，” Comisso承认。“在这一研究领域中的进步很少是少数科学家的贡献，但它们是大量合作努力的结果。”