活动星系核的超大质量黑洞将高速等离子体射流发射到数百万光年的太空，这可能是宇宙射线的来源，其能量比最强大的人造粒子加速器所释放的能量高出几千万倍。

斯坦福直线加速器中心（SLAC）的研究人员表示，我们尚不了解产生这些极端粒子能量的机制，但通过模拟提出了一种可以解释宇宙粒子加速原理的新机制，该研究对等离子体和核聚变研究、新型高能粒子加速器的发展也有一定的借鉴意义。

模拟宇宙射流

长期以来，研究人员一直在研究提高宇宙粒子能量的过程。例如，来自强大恒星爆炸的冲击波可以加速粒子穿越宇宙。科学家们还提出宇宙等离子体射流的主要动力来自等离子体中的磁场线以不同方式断裂和重连时释放的磁能，这一过程被称为“磁重联”。

最近的这项研究提出了一种全新的机制，粒子加速过程与在活动星系核中旋转的超大质量黑洞产生的螺旋磁场的破坏有关。为了了解磁场发生扭曲时发生了什么、这一过程能否解释粒子获得巨大能量的过程，研究人员在阿贡超级计算设施（ALCF）的Mira超级计算机上模拟了5500亿个粒子的运动——宇宙射流的微型版本，再将模拟结果按比例还原到宇宙规模，并将其与天体物理观测结果进行比对。

从缠绕的磁场线到高能粒子

模拟过程表明螺旋磁场被剧烈扭曲时，磁场线高度缠绕，射流内部产生一个强大电场。这种电场和磁场有效地将电子和质子加速到极高能量。高能电子以X射线和伽玛射线的形式辐射出能量，质子则可以逃离射流进入太空，以宇宙辐射的形式到达地球大气层。

这一实验描述了遥远射流的细节，可能有助于解释一些天体物理学观测结果。接下来，科学家希望将研究工作与实际观测结果更紧密地联系起来。例如，探明宇宙射流的辐射随时间而变化的原因；开展实验室研究，确定本研究中提出的机制是否也可以解释融合等离子体的分裂和粒子加速现象。