凭借运用质子来探测磁场对于膨胀的等离子体的响应情况，实验人员成功复现了活跃黑洞所喷射出的粒子射流。

　　一项借助质子束来探究等离子体与磁场相互作用机制的实验，或许方才揭开了类星体以及其他活跃的超大质量黑洞如何释放其相对论喷流的谜题。

　　让我们畅想一下类星体中心的景象。一个超大质量黑洞，其质量或许是我们太阳的数亿倍，乃至数十亿倍，正肆意地吞噬着从螺旋状的超热圆盘流入其“口”中的物质。这种带电的物质被称作等离子体，它会在引力的驱使下被吸纳至黑洞的周边环境——然而，并非所有的等离子体皆由电子剔除的电离或带电原子构成，并被黑洞所吞噬。实际上，黑洞吞噬的超出了其所能消化的范畴，部分等离子体在临近事件视界之前，就被黑洞强劲的磁场以准直的方式喷流而出，这实质上是一条不归之路。

　　这些喷流能够延展至数千光年的宇宙空间。不过，科学家们始终难以阐释在喷流底部所发生的物理学现象，也就是它们的形成之所。

　　答案或许源自新泽西州普林斯顿等离子体物理实验室（PPPL）的研究人员，他们成功设计出一种被称作质子射线照相的等离子体测量技术的优化方案。

　　在他们所开展的实验当中，研究人员起初通过向塑料目标发射 20 焦耳脉冲激光束，从而制造出高能量密度的等离子体。其后，他们运用强大的激光在充满氘和氦 3 的燃料舱内引发核聚变。聚变反应释放出质子与 X 射线的爆发。

　　紧接着，这些质子和 X 射线穿过一个布满小孔的镍网。将网眼视作用于过滤意大利面的漏勺；它把质子转变为众多离散的光束，随后能够测量膨胀的等离子体羽流怎样与背景磁场相互作用。鉴于质子是带电的，因而它们在受到等离子体的冲击时会遵循磁力线。X 射线暴发挥着检查的效用——由于 X 射线顺畅地穿过网格和磁场，它们提供了等离子体未失真的图像，以便与质子束测量值进行比对。

　　“我们的实验是独一无二的，因为我们可以直接看到磁场随时间变化，”该实验的首席研究员威尔·福克斯（Will Fox）在一份声明中说。“我们可以直接观察磁场如何被推出并在一种拔河中对等离子体做出反应。”

　　他们详细观察了磁场在膨胀的等离子体的压力下向外弯曲，等离子体在磁力线上晃动。等离子体的这种冒泡和起泡被称为磁-瑞利泰勒不稳定性，它在磁场中产生了看起来像漩涡和蘑菇的形状。至关重要的是，随着等离子体能量的降低，磁力线能够弹回。这将等离子体压缩成一个笔直的窄柱，这与类星体的相对论喷流没有什么不同。

　　“当我们做实验并分析数据时，我们发现我们有一些大东西，”PPPL 的 Sophia Malko 说。“长期以来，人们一直认为观测到由等离子体和磁场相互作用引起的磁-瑞利-泰勒不稳定性，但直到现在才被直接观察到。这一观察结果有助于证实，当膨胀的等离子体遇到磁场时，就会发生这种不稳定性。

　　该实验强烈表明，类星体喷流可以归功于磁场对膨胀等离子体的这种反应来产生它们。如果结果是活动黑洞周围发生的事情的快照，那就意味着，在黑洞的吸积盘中，条件变得如此强烈，以至于盘中的等离子体能够推挤紧密排列的磁力线，然后磁力线可以弹回并将等离子体推入一个狭窄的柱子中。 几乎把它从黑洞里喷走了。如果属实，这可能是我们关于活跃黑洞如何运作的图景中缺失的一块巨大缺失。

　　Malko 说：“现在我们已经非常准确地测量了这些不稳定性，我们获得了改进模型所需的信息，并有可能比以前更重要地模拟和理解天体物理喷流。“有趣的是，人类可以在实验室中制造通常存在于太空中的东西。”