USA teadlased on kavandanud katse, mis püüab simuleerida astrofüüsikaliste akretsiooniketaste keerulist dünaamikat täpsemalt kui kunagi varem. Yin Wang ja kolleegid Princetoni ülikoolist tegid seda, kohandades varasemaid eksperimentaalseid tehnikaid, et vältida soovimatuid voogusid nende simuleeritud kettas, esindades samal ajal täpsemalt magneto-rotatsiooni ebastabiilsust, mis arvatakse tekkivat tõelistes akretsiooniketastes.
Akretsioonikettad on keerlevad aine keerised, mis tekivad massiivsete objektide, nagu mustad augud ja äsja moodustunud tähed, kogudes oma tähtedevahelisest ümbrusest gaasi ja tolmu. Selle materjali sissevool viib planeetide moodustumiseni ja tekitab intensiivse kiirguse, mis kiirgub mõne musta augu lähedusest.
Selleks, et gaas ja tolm saaksid massiivsele objektile lähemale liikuda, peab see kandma pöördemomendi üle ketta välisservale – ja selgitus selle kohta, kuidas see juhtub, pole astronoomidelt jäänud. Üks juhtivaid teooriaid on see, et seda ülekannet juhivad ketta turbulentsed voolud. Selle idee uurimiseks on varasemates uuringutes kasutatud Taylor Couette'i seadistust, milles vedelik täidab tühimiku kahe kontsentrilise silindri vahel, mida saab iseseisvalt pöörata.
Astrofüüsika laboris
Pöörates välimist silindrit aeglasemalt kui sisemist silindrit ja hoolikalt kontrollides nende vastavaid liikumisi, saavad teadlased arenevate akretsiooniketaste liikumisi võimalikult täpselt uuesti luua. Nende eesmärk on siin kindlaks teha, kas turbulentsed voolud võivad tõesti olla vastutavad nende nurkkiiruse ülekande eest.
Kuid lisaks selgele piirangule, et neid liikumisi ei juhi gravitatsioon, peab vedelik olema ka vertikaalselt ülemise ja alumise korgiga. See toob vedelikku sisse sekundaarsed voolud, millel pole analoogi tõelistes akretsiooniketastes. Üks hiljutine uuring Pariisis tehtud, vähendas nende soovimatute voolude mõju, rakendades vedelal metallil kettale vertikaalset magnetvälja, luues täpsemalt tõeliste akretsiooniketaste elektrijuhtivuse. Kuid Pariisi meeskond ei taastanud soovitud turbulentseid vooge täielikult.
Üheks võimalikuks turbulentsi põhjustajaks akretsiooniketastes on magneto-rotatsiooni ebastabiilsus (MRI), mis võiks paremini selgitada, kuidas diferentsiaalselt pöörlevat elektrit juhtivat vedelikku saab magnetvälja abil destabiliseerida. Seda kontseptsiooni on teoreetiliselt laialdaselt uuritud, kuid Taylor Couette'i katsetes pole see ikka veel kinnitust leidnud, kuna asjakohaste parameetrite seadistamisel on raskusi.
Juhtiv vedelik
Wangi meeskond on selle väljakutsega tegelenud, kasutades vedelikku nimega galinstan, mis on galliumi, indiumi ja tina vedel sulam, mis on umbes kaks korda viskoossem kui vesi ja umbes 100 miljonit korda elektrit juhtivam. Sekundaarsete voogude kõrvaldamiseks rakendasid nad ka paari elektrit juhtivaid korke, mis pöörlesid iseseisvalt sisemise ja välimise silindriga vahepealsetel kiirustel.
Vedel-metalli katse simuleerib astrofüüsikalisi akretsioonikettaid
Kui nad rakendasid vertikaalset magnetvälja piki silindrite pöörlemistelge, mõõtsid teadlased vedeliku magnetilise Reynoldsi arvu, mis iseloomustab magnetvälja interakteerumist juhtiva vedelikuga. Ülioluline on see, et nad täheldasid seda väärtust, mis ületas teatud läve: mille ületamisel hakkas sisemist silindrit läbiva magnetvälja tugevus mittelineaarselt suurenema, mis näitab, et MRI oli käivitatud.
Simulatsioonid on samuti suutnud seda käitumist reprodutseerida, seega on töörühma tähelepanekud oluline samm edasi teadlaste võimes reprodutseerida akretsiooniketta dünaamikat reaalsetes katsetes; ja lõpuks, vastates pikaajalisele müsteeriumile, mis ümbritseb nurkimpulsi ülekandmist akretsiooniketastes.
Uuringut kirjeldatakse artiklis Physical Review Letters.
