Investigadores en Francia han creado un nuevo experimento que podría mejorar nuestra comprensión de la dinámica de los discos de acreción estelares y de agujeros negros. Diseñada por Marlone Vernet y colegas En la Universidad de la Sorbona de París, el experimento utiliza una combinación de campos eléctricos radiales y campos magnéticos verticales para contener un disco giratorio de metal líquido. Esto permitió al equipo observar cómo se transfiere el momento angular dentro del disco, algo que podría proporcionar información sobre la formación de planetas y las regiones alrededor de los agujeros negros.
La acreción es el proceso mediante el cual un objeto masivo, como una estrella o un agujero negro, aspira gas y polvo de su entorno. El resultado es un disco de acreción circular, en el que el gas y el polvo se acercan cada vez más al objeto masivo. En los sistemas estelares, los planetas se forman dentro de discos de acreción y los astrónomos pueden estudiar los agujeros negros observando la radiación de sus discos de acreción.
Para que el polvo y el gas se acerquen cada vez más al objeto masivo, de alguna manera deben perder momento angular en el camino. Como resultado, el momento angular debe transferirse desde el interior de un disco de acreción hasta su borde exterior. Sin embargo, sigue siendo un misterio exactamente cómo sucede esto. Una posibilidad es que la fricción entre las partes interior y exterior de la parte del disco giratorio transfiera el momento angular hacia afuera, pero la viscosidad de los discos parece demasiado baja para que esto ocurra.
Flujos de corte turbulentos
Una explicación más plausible es que la transferencia de momento angular se ve reforzada por flujos cortantes turbulentos en el disco. Pero, a pesar de décadas de examen minucioso tanto con imágenes de telescopios como con simulaciones por computadora, los mecanismos que impulsan esta turbulencia aún no están claros.
Esto ha inspirado a los astrofísicos a ir al laboratorio y realizar experimentos análogos a los discos de acreción. En un experimento típico, un líquido está contenido en el espacio entre dos cilindros que giran independientemente. En lugar de la gravedad, el líquido se pone en movimiento mediante una fricción viscosa con los dos cilindros. Al ajustar las velocidades de rotación de los cilindros, los investigadores pueden recrear los movimientos radiales observados en los discos de acreción reales, lo que proporciona algunas ideas sobre cómo se transporta el momento angular hacia afuera.
Sin embargo, esta configuración está lejos de ser un análogo ideal de los discos de acreción astrofísicos. El movimiento del líquido no sólo es impulsado por una fuerza diferente a la de la gravedad, sino que el fluido también debe estar contenido verticalmente por tapas superiores e inferiores. A través de fricción viscosa, estos límites introducen flujos secundarios al fluido, que no tienen contrapartida en el disco de acreción real.
Flujos secundarios limitados
En su estudio, el equipo de Vernet creó un nuevo experimento en el que un campo eléctrico radial pone en movimiento un metal líquido. Este campo se genera al pasar una corriente entre un electrodo exterior en forma de anillo y un cilindro central. Aunque el fluido todavía está tapado verticalmente, la extensión de los flujos secundarios está limitada por un campo magnético vertical, creado por bobinas colocadas encima y debajo del disco.
Acreción, no espaguetis que chocan, estalla cuando la estrella es devorada por el agujero negro
En su experimento, los investigadores pudieron controlar tanto la velocidad de rotación del líquido como su nivel de turbulencia. Al sondear el líquido con sensores, descubrieron que el momento angular era efectivamente impulsado hacia afuera por flujos turbulentos dentro de la mayor parte del disco. Es más, esto ocurrió con valores muy bajos de viscosidad molecular. Esto es muy similar a las observaciones de discos de acreción reales, donde el material pierde su momento angular y cae hacia adentro, a pesar de una clara falta de viscosidad en el gas y el polvo.
Los flujos secundarios todavía están presentes en el experimento, lo que significa que el equipo no pudo simular completamente los flujos turbulentos en los discos de acreción. Sin embargo, con nuevas mejoras, los investigadores esperan que los discos de metal líquido suspendidos pronto permitan a los astrónomos estimar el nivel de turbulencia asociado con los discos de acreción que observan.
La investigación se describe en Physical Review Letters.
