超新星遗迹中无碰撞Weibel冲击波的实验室研究

Collisionless shockwaves (CSs) are one of important phenomena and can be generated in counter-streaming astrophysical systems, such as sun coronal mass ejections (CMEs), sun-earth interactions, supernova remnants (SNRs) and gamma-ray bursts (GRBs). The occurrence of these intense events is accompanied by the release of the huge energy and the generation of high energy particles. It is believed that CSs play an important role in them. Laboratory astrophysics (LA), a new interdisciplinary frontier of astrophysics plasma and laser plasma physics, help us understand these mysterious astronomical phenomena. The project aims to explore the mechanism of CSs resulting from magnetic fields induced by the Weibel instability and improve the theory model of CSs formation. In addition, the project can provide a test-bed to study the shockwave acceleration in laboratory.

无碰撞冲击波是天体中一种十分重要的现象，它普遍存在于对流等离子体系统中。例如在太阳冕区物质抛射，太阳风和地球磁场相互作用，超新星爆炸以及伽马暴等现象中都观测到了冲击波的存在。这些激烈的天文事件的发生，均伴随着巨大能量的释放和高能粒子的产生。普遍认为，冲击波与高能粒子以及宇宙射线的产生存在着密切的联系。实验室天体物理学作为一种天体物理和激光等离子体物理的交叉学科可以很好的帮助我们加深对天体物理现象的理解。本项目旨在研究超新星遗迹中无碰撞冲击波的产生机制。利用高功率、大能量激光装置驱动产生的对流等离子体系统模拟再现超新星爆炸过程，探究无碰撞冲击波产生过程中电磁场所起到的作用机制，完善Weibel不稳定性诱导产生无碰撞冲击波这一理论模型，从而为我们将来研究超新星遗迹中无碰撞冲击波加速产生宇宙射线这一理论模型奠定基础。

无碰撞冲击波是一种存在于日地空间，超新星爆炸和伽玛暴等对流物理过程中的普遍现象。它与天体中剧烈的释能现象密切相关，如粒子加速，宇宙射线等。实验室天体物理作为一种新兴的介于激光等离子体物理和天体物理的交叉学科，可以帮助我们理解上述天文现象背后的物理机制。在本项目的资助下，我们利用大能量激光装置驱动产生的极端物理条件对超新星爆炸过程中无碰撞冲击波的产生机制进行了研究，得到了一系列重要研究成果并发表。主要研究成果如下：（I）对流等离子体中静电冲击波的产生和演化，（II）静电不稳定性向电磁(Weibel)不稳定性的过渡，（III）Weibel不稳定性的时空演化特性。基于这些重要的实验数据，证明了电磁场在无碰撞冲击波产生和粒子加速等过程中起到了关键作用，同时进一步完善了Weibel冲击波这一理论模型，为今后在实验室研究宇宙射线和辐射等热点天体问题奠定了基础。

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