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原子能

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[交流] 【前沿】科学家成功打造人工“黑洞”

在被激光束轰击后，一个小塑胶球（太阳状的天体）释放出了X射线，其中的一些射线又轰击了一个硅球（蓝色和紫色）。（图片提供:Adapted from S. Fujioka et al., Nature Physics, Advance Online Publication）

通过用高能激光束轰击一个塑胶球，一个研究小组创造出了与黑洞外部类似的环境。这项研究成果为搞清极端条件下的物质与能量特性提供了线索。

天文学家之所以无法直接观测黑洞，是因为后者巨大的引力使得光线都无法逃走。实际上，研究人员曾将目光聚集在那些他们能够看到的东西上，换句话说，就是由涡流物质形成的环绕云团，即吸积盘上。当被黑洞的重力能挤压并加热后，这些吸积盘会释放出X射线。分析这些X射线的光谱，为研究人员提供了有关黑洞的物理学线索。

然而科学家们并不知道产生这样的X射线到底需要多少能量。其中的部分难点在于一种名为光致电离的过程，即在吸积盘内部，高能光子使得X射线将电子从原子上剥离出去。这种能量的损失改变了X射线光谱的性质，从而使科学家更难准确测量吸积盘释放的全部能量。

为了更好地把握这种光致电离的原子到底消耗了多少能量，日本大阪大学的研究人员尝试着重建这一在距离黑洞最近的吸积盘区域中发生的过程。研究人员用12束激光在同一时间轰击一个小塑胶球，并使得由此而产生的辐射轰击了一个硅球，而硅正是吸积盘中的一种常见元素。

同步激光的轰击导致塑胶球的内爆，从而形成了温度极高且密度很大的气体内核，即等离子体。主持这项研究的物理学家Shinsuke Fujioka指出，这就使得塑胶球变成了“一个极端强大的X射线源，类似位于黑洞周围的一个吸积盘”。Fujioka和同事在本周的《自然—物理学》杂志网络版上报告了这一研究成果。研究人员指出，X射线使得硅元素产生了光致电离，并且这种相互作用类似于在吸积盘中观测到的辐射现象。通过测量光致电离过程导致的能量损失，研究人员将能够测量内爆所释放的全部能量，并用这一结果来证明他们对于吸积盘所释放的X射线特性的理解。

美国安阿伯市密歇根大学的物理学家R. Paul Drake表示：“Fujioka等人向我们展示了一种通用的新方法，从而用来探索正在黑洞周围发生的过程。”他指出，对这些数据的详细分析将确定这些区域，从而改善“对天文观测得到的类似数据的阐释”。

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