Ερευνητές στη Γαλλία δημιούργησαν ένα νέο πείραμα που θα μπορούσε να βελτιώσει την κατανόησή μας για τη δυναμική των δίσκων συσσώρευσης αστρικών και μαύρων τρυπών. Σχεδιάστηκε από Marlone Vernet και συνεργάτες στο Πανεπιστήμιο της Σορβόννης του Παρισιού, το πείραμα χρησιμοποιεί έναν συνδυασμό ακτινικών ηλεκτρικών πεδίων και κάθετων μαγνητικών πεδίων για να περιέχει έναν περιστρεφόμενο δίσκο από υγρό μέταλλο. Αυτό επέτρεψε στην ομάδα να παρατηρήσει πώς μεταφέρεται η γωνιακή ορμή μέσα στον δίσκο – κάτι που θα μπορούσε να παρέχει πληροφορίες για τον σχηματισμό πλανητών και τις περιοχές γύρω από τις μαύρες τρύπες.
Η προσαύξηση είναι η διαδικασία με την οποία ένα τεράστιο αντικείμενο όπως ένα αστέρι ή μια μαύρη τρύπα αντλεί αέριο και σκόνη από το περιβάλλον του. Το αποτέλεσμα είναι ένας κυκλικός δίσκος προσαύξησης, με το αέριο και τη σκόνη να πλησιάζουν όλο και πιο κοντά στο τεράστιο αντικείμενο. Στα αστρικά συστήματα, οι πλανήτες σχηματίζονται μέσα σε δίσκους προσαύξησης και οι αστρονόμοι μπορούν να μελετήσουν τις μαύρες τρύπες παρατηρώντας την ακτινοβολία από τους δίσκους προσαύξησής τους.
Για να κινηθεί η σκόνη και το αέριο όλο και πιο κοντά στο ογκώδες αντικείμενο, πρέπει να χάσει κατά κάποιον τρόπο τη γωνιακή ορμή τους στην πορεία. Ως αποτέλεσμα, η γωνιακή ορμή πρέπει να μεταφερθεί από το εσωτερικό ενός δίσκου προσαύξησης στο εξωτερικό του άκρο. Το πώς ακριβώς συμβαίνει αυτό, ωστόσο, παραμένει μυστήριο. Μια πιθανότητα είναι ότι η τριβή μεταξύ του εσωτερικού και του εξωτερικού τμήματος του τμήματος του περιστρεφόμενου δίσκου μεταφέρει τη γωνιακή ορμή προς τα έξω – αλλά το ιξώδες των δίσκων φαίνεται πολύ χαμηλό για να συμβεί κάτι τέτοιο.
Τυρβώδεις διατμητικές ροές
Μια πιο εύλογη εξήγηση είναι ότι η μεταφορά της γωνιακής ορμής ενισχύεται από τυρβώδεις διατμητικές ροές στο δίσκο. Όμως, παρά τις δεκαετίες προσεκτικής εξέτασης τόσο με τηλεσκοπικές εικόνες όσο και με προσομοιώσεις υπολογιστή, οι μηχανισμοί που προκαλούν αυτή την αναταραχή είναι ακόμα ασαφείς.
Αυτό ενέπνευσε τους αστροφυσικούς να πάνε στο εργαστήριο και να κάνουν πειράματα που είναι ανάλογα των δίσκων προσαύξησης. Σε ένα τυπικό πείραμα ένα υγρό περιέχεται στο χώρο μεταξύ δύο κυλίνδρων που περιστρέφονται ανεξάρτητα. Αντί της βαρύτητας, το υγρό οδηγείται σε κίνηση μέσω ιξώδους τριβής με τους δύο κυλίνδρους. Προσαρμόζοντας τις ταχύτητες περιστροφής των κυλίνδρων, οι ερευνητές μπορούν να αναδημιουργήσουν τις ακτινικές κινήσεις που παρατηρούνται σε πραγματικούς δίσκους προσαύξησης – παρέχοντας κάποιες πληροφορίες για το πώς η γωνιακή ορμή μεταφέρεται προς τα έξω.
Ωστόσο, αυτή η διάταξη απέχει πολύ από το να είναι ιδανικό ανάλογο των δίσκων αστροφυσικής προσαύξησης. Όχι μόνο η κίνηση του υγρού καθοδηγείται από μια δύναμη σε αντίθεση με τη βαρύτητα, το ρευστό πρέπει επίσης να περιέχεται κατακόρυφα από το πάνω και το κάτω καπάκι. Μέσω της ιξώδους τριβής, αυτά τα όρια εισάγουν δευτερεύουσες ροές στο ρευστό, οι οποίες δεν έχουν κανένα αντίστοιχο στον πραγματικό δίσκο προσαύξησης.
Περιορισμένες δευτερεύουσες ροές
Στη μελέτη τους, η ομάδα του Vernet δημιούργησε ένα νέο πείραμα στο οποίο ένα υγρό μέταλλο οδηγείται σε κίνηση από ένα ακτινωτό ηλεκτρικό πεδίο. Αυτό το πεδίο δημιουργείται περνώντας ένα ρεύμα μεταξύ ενός εξωτερικού ηλεκτροδίου σε σχήμα δακτυλίου και ενός κεντρικού κυλίνδρου. Αν και το ρευστό είναι ακόμα κατακόρυφα καλυμμένο, η έκταση των δευτερευουσών ροών περιορίζεται από ένα κατακόρυφο μαγνητικό πεδίο, το οποίο δημιουργείται από πηνία τοποθετημένα πάνω και κάτω από τον δίσκο.
Η προσαύξηση, τα μακαρόνια που δεν συγκρούονται, φουντώνουν καθώς το αστέρι καταβροχθίζεται από τη μαύρη τρύπα
Στο πείραμά τους, οι ερευνητές μπόρεσαν να ελέγξουν τόσο την ταχύτητα περιστροφής του υγρού όσο και το επίπεδο στροβιλισμού του. Ανιχνεύοντας το υγρό με αισθητήρες, ανακάλυψαν ότι η γωνιακή ορμή πράγματι οδηγήθηκε προς τα έξω από τυρβώδεις ροές μέσα στο μεγαλύτερο μέρος του δίσκου. Επιπλέον, αυτό συνέβη σε πολύ χαμηλές τιμές μοριακού ιξώδους. Αυτό είναι πολύ παρόμοιο με τις παρατηρήσεις των δίσκων πραγματικής προσαύξησης, όπου το υλικό χάνει τη γωνιακή του ορμή και πέφτει προς τα μέσα – παρά τη σαφή έλλειψη ιξώδους στο αέριο και τη σκόνη.
Οι δευτερεύουσες ροές εξακολουθούν να υπάρχουν στο πείραμα, πράγμα που σημαίνει ότι η ομάδα δεν μπόρεσε να προσομοιώσει πλήρως τυρβώδεις ροές σε δίσκους προσαύξησης. Με περαιτέρω βελτιώσεις, ωστόσο, οι ερευνητές ελπίζουν ότι οι αιωρούμενοι υγροί μεταλλικοί δίσκοι θα μπορούσαν σύντομα να επιτρέψουν στους αστρονόμους να εκτιμήσουν το επίπεδο αναταράξεων που σχετίζεται με τους δίσκους προσαύξησης που παρατηρούν.
Η έρευνα περιγράφεται στο Επιστολές Φυσικής Επισκόπησης.
