محققان در ایالات متحده آزمایشی را طراحی کرده‌اند که تلاش می‌کند دینامیک پیچیده دیسک‌های برافزایش اخترفیزیکی را دقیق‌تر از همیشه شبیه‌سازی کند. یین وانگ و همکارانش در دانشگاه پرینستون این کار را با تطبیق تکنیک‌های آزمایشی قبلی برای جلوگیری از جریان‌های ناخواسته در دیسک شبیه‌سازی شده‌شان انجام دادند، در حالی که ناپایداری چرخشی مغناطیسی را که تصور می‌شود در دیسک‌های برافزایش واقعی پدیدار می‌شود، به‌طور دقیق‌تر نشان دادند.
دیسک های برافزایش گرداب های چرخشی از ماده هستند که با جمع آوری گاز و غبار از محیط بین ستاره ای خود توسط اجرام عظیمی مانند سیاهچاله ها و ستاره های تازه شکل گرفته تشکیل می شوند. هجوم این مواد منجر به تشکیل سیاره و تولید تشعشعات شدیدی می شود که از مجاورت برخی سیاهچاله ها ساطع می شود.
برای اینکه گاز و غبار به جسم عظیم نزدیک‌تر شوند، باید تکانه زاویه‌ای را به لبه بیرونی دیسک منتقل کنند - و توضیحی در مورد چگونگی این اتفاق از اخترشناسان دور مانده است. یکی از نظریه های اصلی این است که این انتقال توسط جریان های آشفته در دیسک انجام می شود. برای کشف این ایده، مطالعات قبلی از یک تنظیم تیلور کوئت استفاده کرده اند که در آن یک سیال شکاف بین دو استوانه متحدالمرکز را که می توانند به طور مستقل بچرخند پر می کند.
اخترفیزیک در آزمایشگاه
با چرخش آهسته‌تر استوانه بیرونی نسبت به استوانه داخلی و کنترل دقیق حرکات مربوطه، محققان می‌توانند حرکات دیسک‌های برافزایشی در حال تکامل را تا حد امکان از نزدیک بازسازی کنند. هدف آنها در اینجا این است که تعیین کنند آیا جریان های متلاطم واقعاً می توانند مسئول انتقال تکانه زاویه ای آنها باشند یا خیر.
با این حال، فراتر از محدودیت واضح که این حرکات توسط گرانش هدایت نمی شوند، سیال نیز باید به صورت عمودی توسط کلاهک های بالایی و پایینی قرار گیرد. این جریان های ثانویه را به سیال معرفی می کند، بدون آنالوگ در دیسک های برافزایش واقعی. یکی مطالعه اخیر انجام شده در پاریس، با اعمال یک میدان مغناطیسی عمودی بر روی یک دیسک فلزی مایع، تأثیر این جریان‌های ناخواسته را کاهش داد - که رسانایی الکتریکی دیسک‌های برافزایش واقعی را با دقت بیشتری بازسازی کرد. با این حال، تیم پاریسی به طور کامل جریان های آشفته مورد نظر را بازسازی نکرد.
یکی از محرک های احتمالی تلاطم در دیسک های برافزایشی، ناپایداری مغناطیسی چرخشی (MRI) است: که می تواند بهتر توضیح دهد که چگونه یک سیال با چرخش متفاوت و رسانای الکتریکی می تواند توسط یک میدان مغناطیسی بی ثبات شود. این مفهوم به طور گسترده از نظر تئوری مورد مطالعه قرار گرفته است، اما هنوز در آزمایشات تیلور کوئت به دلیل مشکلات در تنظیم پارامترهای مناسب تأیید نشده است.
مایع رسانا
تیم وانگ با استفاده از مایعی به نام گالینستان که آلیاژ مایعی از گالیم، ایندیم و قلع است که تقریباً دو برابر آب ویسکوزیته است و حدود 100 میلیون برابر رسانای الکتریسیته است، به این چالش پرداخته‌اند. برای حذف جریان های ثانویه، آنها همچنین یک جفت کلاهک رسانای الکتریکی را اجرا کردند که به طور مستقل با سرعت های متوسط به سیلندرهای داخلی و خارجی می چرخیدند.
آزمایش فلز مایع دیسک های برافزایش اخترفیزیکی را شبیه سازی می کند
هنگامی که آنها یک میدان مغناطیسی عمودی را در امتداد محور چرخش سیلندرها اعمال کردند، محققان عدد رینولدز مغناطیسی سیال را اندازه‌گیری کردند که نحوه تعامل یک میدان مغناطیسی با سیال رسانا را مشخص می‌کند. مهمتر از همه، آنها مشاهده کردند که این مقدار از آستانه خاصی عبور می کند: فراتر از آن، قدرت میدان مغناطیسی عبوری از سیلندر داخلی شروع به افزایش غیرخطی کرد - که نشان می دهد MRI فعال شده است.
شبیه‌سازی‌ها همچنین توانسته‌اند این رفتار را بازتولید کنند، بنابراین مشاهدات تیم گام مهمی به جلو در توانایی محققان برای بازتولید دینامیک دیسک برافزایش در آزمایش‌های واقعی است. و در نهایت، در پاسخ به رمز و راز دیرینه پیرامون انتقال تکانه زاویه ای در دیسک های برافزایشی.
تحقیق در شرح داده شده است Physical Review Letters به.
