صمم باحثون في الولايات المتحدة تجربة تحاول محاكاة الديناميكيات المعقدة لأقراص التراكم الفيزيائي الفلكي بشكل أقرب من أي وقت مضى. فعل يين وانج وزملاؤه في جامعة برينستون ذلك من خلال تكييف التقنيات التجريبية السابقة لتجنب التدفقات غير المرغوب فيها في قرصهم المحاكى ، بينما يمثلون عن كثب عدم استقرار الدوران المغناطيسي الذي يُعتقد أنه يظهر في أقراص تراكمية حقيقية.
أقراص التراكم هي دوامات من المادة تتشكل في شكل أجسام ضخمة مثل الثقوب السوداء والنجوم المتكونة حديثًا تجمع الغاز والغبار من محيطها بين النجوم. يؤدي تدفق هذه المادة إلى تكوين الكوكب وينتج إشعاعًا شديدًا ينبعث من محيط بعض الثقوب السوداء.
لكي يتحرك الغاز والغبار بالقرب من الجسم الهائل ، يجب أن ينقل الزخم الزاوي إلى الحافة الخارجية للقرص - وقد استعصى علماء الفلك على تفسير كيفية حدوث ذلك. إحدى النظريات الرائدة هي أن هذا النقل مدفوع بتدفقات مضطربة في القرص. لاستكشاف هذه الفكرة ، استخدمت الدراسات السابقة إعداد Taylor Couette حيث يملأ السائل الفجوة بين أسطوانتين متحدتين المركز يمكن تدويرهما بشكل مستقل.
الفيزياء الفلكية في المختبر
من خلال تدوير الأسطوانة الخارجية بشكل أبطأ من الأسطوانة الداخلية ، والتحكم بعناية في حركات كل منها ، يمكن للباحثين إعادة إنشاء حركات أقراص التنامي المتصاعدة عن كثب قدر الإمكان. هدفهم هنا هو تحديد ما إذا كانت التدفقات المضطربة يمكن أن تكون مسؤولة حقًا عن نقل الزخم الزاوي.
ومع ذلك ، وبعيدًا عن القيد الواضح بأن هذه الحركات ليست مدفوعة بالجاذبية ، يجب أيضًا احتواء السائل عموديًا بواسطة أغطية علوية وسفلية. هذا يقدم تدفقات ثانوية للسائل ، بدون تناظرية في أقراص التراكم الحقيقي. واحد دراسة حديثة تم إجراؤه في باريس لتقليل تأثير هذه التدفقات غير المرغوب فيها من خلال تطبيق مجال مغناطيسي رأسي على قرص معدني سائل - بشكل أوثق إعادة إنشاء الموصلية الكهربائية لأقراص التراكم الحقيقي. ومع ذلك ، لم يقم الفريق الباريسي بإعادة إنشاء التدفقات المضطربة المطلوبة بشكل كامل.
أحد الدوافع المحتملة للاضطراب في أقراص التراكم هو عدم الاستقرار المغنطيسي الدوراني (MRI): والذي يمكن أن يفسر بشكل أفضل كيف يمكن زعزعة استقرار سائل موصل كهربائيًا دوارًا تفاضليًا بواسطة مجال مغناطيسي. تمت دراسة هذا المفهوم على نطاق واسع من الناحية النظرية ، ولكن لم يتم تأكيده بعد في تجارب Taylor Couette بسبب الصعوبات في تحديد المعلمات المناسبة.
سائل موصل
تعامل فريق وانج مع هذا التحدي باستخدام سائل يسمى جالينستان ، وهو عبارة عن سبيكة سائلة من الغاليوم والإنديوم والقصدير تكون لزوجة أكثر بمرتين مثل الماء ، وحوالي 100 مليون مرة أكثر موصلة للكهرباء. للقضاء على التدفقات الثانوية ، قاموا أيضًا بتنفيذ زوج من الأغطية الموصلة للكهرباء ، والتي تدور بشكل مستقل بسرعات متوسطة إلى الأسطوانات الداخلية والخارجية.
تحاكي تجربة المعادن السائلة أقراص التراكم الفيزيائية الفلكية
أثناء قيامهم بتطبيق مجال مغناطيسي رأسي على طول محور دوران الأسطوانات ، قام الباحثون بقياس رقم رينولدز المغناطيسي للسائل ، والذي يميز كيفية تفاعل المجال المغناطيسي مع سائل موصل. بشكل حاسم ، لاحظوا أن هذه القيمة تتجاوز عتبة معينة: بعدها بدأت قوة المجال المغناطيسي الذي يمر عبر الأسطوانة الداخلية في الزيادة بشكل غير خطي - مما يشير إلى أن التصوير بالرنين المغناطيسي قد تم تشغيله.
تمكنت المحاكاة أيضًا من إعادة إنتاج هذا السلوك ، لذا تعد ملاحظات الفريق خطوة مهمة إلى الأمام في قدرة الباحثين على إعادة إنتاج ديناميكيات قرص التنامي في تجارب حقيقية ؛ وفي النهاية ، في الإجابة على اللغز الطويل الأمد المحيط بنقل الزخم الزاوي في أقراص التراكم.
تم وصف البحث في استعراض للحروف البدنية.
