A francia kutatók új kísérletet hoztak létre, amely javíthatja a csillagok és a fekete lyukak akkréciós korongjainak dinamikájának megértését. Tervezte Marlone Vernet és munkatársai a párizsi Sorbonne Egyetemen a kísérlet radiális elektromos mezők és függőleges mágneses mezők kombinációját alkalmazza egy forgó folyékony fém korong befogadására. Ez lehetővé tette a csapat számára, hogy megfigyelje, hogy a szögimpulzus hogyan kerül átadásra a korongon belül – ami betekintést nyújthat a bolygóképződésbe és a fekete lyukak körüli régiókba.
Az akkréció az a folyamat, amelynek során egy hatalmas objektum, például egy csillag vagy egy fekete lyuk gázt és port szív fel környezetéből. Az eredmény egy körkörös akkréciós korong, a gáz és a por egyre közelebb kerül a hatalmas objektumhoz. A csillagrendszerekben bolygók képződnek akkréciós korongokon belül, és a csillagászok a fekete lyukakat tanulmányozhatják az akkréciós korongokból származó sugárzás megfigyelésével.
Ahhoz, hogy a por és a gáz egyre közelebb kerüljön a hatalmas objektumhoz, valahogy elveszítenie kell a szögletét az út során. Ennek eredményeként a szögnyomatékot egy akkréciós korong belsejéből a külső szélére kell átvinni. Az azonban, hogy ez pontosan hogyan történik, rejtély marad. Az egyik lehetőség az, hogy a forgó tárcsa belső és külső részei közötti súrlódás szögnyomatékot ad át kifelé, de a tárcsák viszkozitása túl alacsonynak tűnik ahhoz, hogy ez bekövetkezzen.
Turbulens nyíróáramok
Valószínűbb magyarázat az, hogy a szögimpulzus-átadást a tárcsában lévő turbulens nyíróáramok fokozzák. A teleszkópképekkel és számítógépes szimulációkkal végzett több évtizedes alapos vizsgálat ellenére azonban a turbulenciát kiváltó mechanizmusok még mindig nem tisztázottak.
Ez arra ösztönözte az asztrofizikusokat, hogy elmenjenek a laborba, és olyan kísérleteket végezzenek, amelyek az akkréciós korongok analógjai. Egy tipikus kísérletben egy folyadékot két egymástól függetlenül forgó henger közötti térben tartanak. A gravitáció helyett a folyadékot a két henger viszkózus súrlódása hajtja mozgásba. A hengerek forgási sebességének beállításával a kutatók újra létrehozhatják a valódi akkréciós korongokban megfigyelt sugárirányú mozgásokat – ezzel némi betekintést nyújtva a szögimpulzus kifelé átvitelébe.
Ez a beállítás azonban messze nem ideális analógja az asztrofizikai akkréciós korongoknak. A folyadék mozgását nemcsak a gravitációtól eltérő erő hajtja, hanem a folyadékot függőlegesen is meg kell tartani a felső és alsó kupakoknak. A viszkózus súrlódás révén ezek a határok másodlagos áramlásokat vezetnek be a folyadékba, amelyeknek nincs megfelelője a valódi akkréciós korongban.
Korlátozott másodlagos áramlások
Vernet csapata tanulmányukban egy új kísérletet hozott létre, amelyben egy folyékony fémet radiális elektromos tér mozgásba hoz. Ez a mező úgy jön létre, hogy egy külső, gyűrű alakú elektróda és egy központi henger között áramot vezetnek át. Bár a folyadék még függőlegesen zárt, a másodlagos áramlások mértékét függőleges mágneses tér korlátozza, amelyet a tárcsa felett és alatt elhelyezett tekercsek hoznak létre.
Az akkréció, nem ütköző spagetti, fellángol, ahogy a csillagot felemészti a fekete lyuk
Kísérletük során a kutatók szabályozni tudták mind a folyadék forgási sebességét, mind a turbulencia szintjét. A folyadék érzékelőkkel való szondázásával felfedezték, hogy a szögmomentumot valóban kifelé hajtják a korong nagy részén belüli turbulens áramlások. Ráadásul ez nagyon alacsony molekuláris viszkozitási értékeknél történt. Ez nagyon hasonlít a valódi akkréciós korongok megfigyeléséhez, ahol az anyag elveszíti szögimpulzusát és befelé esik – annak ellenére, hogy a gáz és a por egyértelműen nem viszkozitást mutat.
Másodlagos áramlások továbbra is jelen vannak a kísérletben, ami azt jelenti, hogy a csapat nem tudta teljes mértékben szimulálni a turbulens áramlásokat az akkréciós korongokban. A további fejlesztésekkel azonban a kutatók azt remélik, hogy a felfüggesztett folyékony fémkorongok hamarosan lehetővé teszik a csillagászok számára, hogy megbecsüljék az általuk megfigyelt akkréciós korongokhoz kapcsolódó turbulencia szintjét.
A kutatás leírása a Fizikai áttekintés betűk.
