Amerikai kutatók olyan kísérletet terveztek, amely az asztrofizikai akkréciós korongok összetett dinamikáját minden eddiginél közelebbről szimulálja. Yin Wang és munkatársai a Princeton Egyetemen ezt úgy tették, hogy a korábbi kísérleti technikákat adaptálták, hogy elkerüljék a nemkívánatos áramlásokat a szimulált korongjukban, miközben közelebbről reprezentálják a mágneses forgási instabilitást, amelyről úgy gondolják, hogy a valódi akkréciós korongokban megjelenik.
Az akkréciós korongok kavargó anyagörvények, amelyek tömeges objektumok, például fekete lyukak és újonnan kialakuló csillagok formájában keletkeznek, amelyek gázt és port gyűjtenek össze csillagközi környezetükből. Ennek az anyagnak a beáramlása bolygóképződéshez vezet, és néhány fekete lyuk környezetéből kibocsátott intenzív sugárzást eredményez.
Ahhoz, hogy a gáz és a por közelebb kerüljön a hatalmas objektumhoz, szögimpulzusát kell átvinnie a korong külső szélére – ennek magyarázata pedig elkerülte a csillagászokat. Az egyik vezető elmélet az, hogy ezt az átvitelt a korongban lévő turbulens áramlások hajtják. Ennek az ötletnek a feltárására korábbi tanulmányok Taylor Couette-rendszert használtak, amelyben egy folyadék tölti ki a két egymástól függetlenül forgatható koncentrikus henger közötti rést.
Asztrofizika a laborban
Ha a külső hengert lassabban forgatják, mint a belsőt, és gondosan szabályozzák a megfelelő mozgásokat, a kutatók a lehető legpontosabban tudják újra létrehozni a fejlődő akkréciós korongok mozgását. Céljuk itt annak meghatározása, hogy a turbulens áramlások valóban felelősek-e a szögimpulzus-átvitelért.
Azon az egyértelmű korlátozáson túl azonban, hogy ezeket a mozgásokat nem a gravitáció hajtja, a folyadékot függőlegesen is fel kell zárni a felső és az alsó kupakkal. Ez másodlagos áramlásokat vezet be a folyadékba, a valódi akkréciós tárcsákban nincs analóg. Egy nemrégiben készült tanulmány A Párizsban végzett munkák csökkentették ezeknek a nem kívánt áramlásoknak a hatását azáltal, hogy függőleges mágneses mezőt alkalmaztak egy folyékony fémkorongon – így még jobban visszaadták a valódi akkréciós korongok elektromos vezetőképességét. A párizsi csapat azonban nem hozta létre teljesen újra a kívánt turbulens áramlásokat.
Az akkréciós korongok turbulenciájának egyik lehetséges hajtóereje a magneto-forgási instabilitás (MRI): ez jobban megmagyarázhatja, hogyan destabilizálható a differenciálisan forgó, elektromosan vezető folyadék mágneses térrel. Ezt a koncepciót elméletileg széles körben tanulmányozták, de Taylor Couette kísérletei még mindig nem erősítették meg a megfelelő paraméterek beállításának nehézségei miatt.
Vezetőképes folyadék
Wang csapata ezt a kihívást a galinstan nevű folyadék használatával oldotta meg, amely gallium, indium és ón folyékony ötvözete, amely körülbelül kétszer olyan viszkózus, mint a víz, és körülbelül 100 milliószor jobban vezeti az elektromosságot. A másodlagos áramlások kiküszöbölésére egy pár elektromosan vezető sapkát is beépítettek, amelyek egymástól függetlenül forogtak a belső és a külső hengerek közötti sebességgel.
A folyékony-fém kísérlet asztrofizikai akkréciós korongokat szimulál
Amikor függőleges mágneses teret alkalmaztak a hengerek forgástengelye mentén, a kutatók megmérték a folyadék mágneses Reynolds-számát, amely azt jellemzi, hogy a mágneses mező hogyan lép kölcsönhatásba egy vezető folyadékkal. Lényeges, hogy megfigyelték, hogy ez az érték áthalad egy bizonyos küszöböt: amelyen túl a belső hengeren áthaladó mágneses tér erőssége nemlineárisan növekedni kezdett, jelezve, hogy az MRI kiváltott.
A szimulációk is képesek voltak reprodukálni ezt a viselkedést, így a csapat megfigyelései fontos előrelépést jelentenek a kutatók azon képességében, hogy valós kísérletekben reprodukálják az akkréciós korong dinamikáját; és végső soron az akkréciós korongokban a szögimpulzus átvitele körül régóta fennálló rejtély megválaszolása.
A kutatás leírása a Fizikai áttekintés betűk.
