محققان در فرانسه آزمایش جدیدی ایجاد کرده اند که می تواند درک ما از دینامیک دیسک های برافزایش ستاره ها و سیاهچاله ها را بهبود بخشد. طراحی شده توسط مارلون ورنت و همکارانش در دانشگاه سوربن پاریس، این آزمایش با استفاده از ترکیبی از میدان‌های الکتریکی شعاعی و میدان‌های مغناطیسی عمودی، حاوی یک دیسک چرخان از فلز مایع است. این به تیم اجازه داد تا نحوه انتقال تکانه زاویه‌ای درون دیسک را مشاهده کنند - چیزی که می‌تواند بینش‌هایی در مورد شکل‌گیری سیاره و مناطق اطراف سیاهچالهها ارائه دهد.
برافزایش فرآیندی است که طی آن یک جسم عظیم مانند ستاره یا سیاهچاله گاز و غبار را از محیط اطراف خود می کشد. نتیجه یک دیسک برافزایشی در حال چرخش است که گاز و غبار به جسم عظیم نزدیکتر و نزدیکتر می‌شوند. در منظومه‌های ستاره‌ای، سیارات درون دیسک‌های برافزایشی شکل می‌گیرند و اخترشناسان می‌توانند سیاهچالهها را با مشاهده تابش دیسک‌های برافزایشی آنها مطالعه کنند.
برای اینکه گرد و غبار و گاز هر چه بیشتر به جسم عظیم نزدیکتر شوند، باید حرکت زاویه ای خود را در طول مسیر از دست بدهند. در نتیجه، تکانه زاویه ای باید از داخل یک دیسک برافزایشی به لبه بیرونی آن منتقل شود. با این حال، اینکه دقیقاً چگونه این اتفاق می افتد، یک راز باقی مانده است. یک احتمال این است که اصطکاک بین قسمت‌های داخلی و خارجی قسمت دیسک دوار، تکانه زاویه‌ای را به بیرون منتقل می‌کند – اما ویسکوزیته دیسک‌ها برای این امر بسیار کم به نظر می‌رسد.
جریان های برشی آشفته
توضیح قابل قبول تر این است که انتقال تکانه زاویه ای توسط جریان های برشی آشفته در دیسک افزایش می یابد. اما، با وجود دهه‌ها بررسی دقیق با تصاویر تلسکوپ و شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای، مکانیسم‌های ایجاد این آشفتگی هنوز نامشخص است.
این اخترفیزیکدانان را برانگیخت تا به آزمایشگاه بروند و آزمایش‌هایی را انجام دهند که مشابه دیسک‌های برافزایشی هستند. در یک آزمایش معمولی یک مایع در فضای بین دو سیلندر که به طور مستقل در حال چرخش هستند قرار می گیرد. به جای گرانش، مایع از طریق اصطکاک چسبناک با دو سیلندر وارد حرکت می شود. با تنظیم سرعت چرخش استوانه‌ها، محققان می‌توانند حرکات شعاعی مشاهده شده در دیسک‌های برافزایش واقعی را دوباره ایجاد کنند - بینش‌هایی در مورد نحوه انتقال تکانه زاویه‌ای به بیرون ارائه می‌کنند.
با این حال، این تنظیم از آنالوگ ایده آل دیسک های برافزایش اخترفیزیکی دور است. نه تنها حرکت مایع توسط نیرویی بر خلاف گرانش هدایت می شود، بلکه سیال باید به صورت عمودی توسط کلاهک های بالایی و پایینی نیز محصور شود. از طریق اصطکاک ویسکوز، این مرزها جریان های ثانویه را به سیال وارد می کنند که هیچ مشابهی در دیسک برافزایش واقعی ندارند.
جریان های ثانویه محدود
در مطالعه خود، تیم Vernet آزمایش جدیدی ایجاد کردند که در آن یک فلز مایع توسط یک میدان الکتریکی شعاعی به حرکت در می‌آید. این میدان با عبور جریان بین یک الکترود بیرونی حلقه ای شکل و یک استوانه مرکزی ایجاد می شود. اگرچه سیال هنوز به صورت عمودی درپوش است، وسعت جریان های ثانویه توسط یک میدان مغناطیسی عمودی محدود می شود، که توسط سیم پیچ هایی که در بالا و زیر دیسک قرار می گیرند ایجاد می شود.
برافزایش، بدون برخورد اسپاگتی، با بلعیده شدن ستاره توسط سیاهچاله شعله ور می شود
در آزمایش خود، محققان توانستند هم سرعت چرخش مایع و هم سطح آشفتگی آن را کنترل کنند. با کاوش مایع با حسگرها، آنها دریافتند که حرکت زاویه ای در واقع توسط جریان های آشفته داخل قسمت عمده دیسک به سمت بیرون هدایت می شود. علاوه بر این، این اتفاق در مقادیر بسیار پایین ویسکوزیته مولکولی رخ داده است. این بسیار شبیه به مشاهدات دیسک‌های برافزایش واقعی است، جایی که مواد حرکت زاویه‌ای خود را از دست می‌دهند و به سمت داخل سقوط می‌کنند - با وجود کمبود واضح ویسکوزیته در گاز و غبار.
جریان‌های ثانویه هنوز در آزمایش وجود دارند، به این معنی که تیم قادر به شبیه‌سازی کامل جریان‌های آشفته در دیسک‌های برافزایشی نبود. با این حال، با پیشرفت‌های بیشتر، محققان امیدوارند که دیسک‌های فلزی مایع معلق بتوانند به زودی اخترشناسان را قادر سازند تا سطح تلاطم مرتبط با قرص‌های برافزایشی را که مشاهده می‌کنند، تخمین بزنند.
تحقیق در شرح داده شده است Physical Review Letters به.
