Para peneliti di AS telah merancang eksperimen yang mencoba mensimulasikan dinamika kompleks cakram akresi astrofisika lebih dekat daripada sebelumnya. Yin Wang dan rekan-rekannya di Universitas Princeton melakukan ini dengan mengadaptasi teknik eksperimental sebelumnya untuk menghindari aliran yang tidak diinginkan dalam cakram simulasi mereka, sementara lebih dekat mewakili ketidakstabilan magneto-rotasi yang diyakini muncul dalam cakram akresi nyata.
Disk akresi adalah pusaran materi yang berputar-putar yang terbentuk sebagai objek masif seperti lubang hitam dan bintang yang baru terbentuk mengumpulkan gas dan debu dari lingkungan antarbintangnya. Masuknya bahan ini menyebabkan pembentukan planet dan menghasilkan radiasi intens yang dipancarkan dari sekitar beberapa lubang hitam.
Agar gas dan debu bergerak lebih dekat ke objek masif, ia harus mentransfer momentum sudut ke tepi luar cakram – dan penjelasan tentang bagaimana hal ini terjadi telah luput dari perhatian para astronom. Salah satu teori terkemuka adalah bahwa transfer ini didorong oleh aliran turbulen di piringan. Untuk mengeksplorasi ide ini, penelitian sebelumnya telah menggunakan pengaturan Taylor Couette di mana cairan mengisi celah antara dua silinder konsentris yang dapat diputar secara independen.
Astrofisika di lab
Dengan memutar silinder luar lebih lambat daripada silinder dalam, dan dengan hati-hati mengendalikan gerakannya masing-masing, para peneliti dapat dengan cermat menciptakan kembali gerakan cakram akresi yang berkembang sedekat mungkin. Tujuan mereka di sini adalah untuk menentukan apakah aliran turbulen benar-benar bertanggung jawab atas transfer momentum sudutnya.
Namun, di luar batasan yang jelas bahwa gerakan ini tidak didorong oleh gravitasi, cairan juga harus ditampung secara vertikal oleh tutup atas dan bawah. Ini memperkenalkan aliran sekunder ke fluida, tanpa analog dalam cakram akresi nyata. Satu Studi terbaru dilakukan di Paris mengurangi pengaruh aliran yang tidak diinginkan ini dengan menerapkan medan magnet vertikal ke cakram logam cair - lebih dekat menciptakan konduktivitas listrik cakram akresi nyata. Namun, tim Paris tidak sepenuhnya menciptakan aliran turbulen yang diinginkan.
Salah satu kemungkinan pendorong turbulensi dalam cakram akresi adalah ketidakstabilan magneto-rotational (MRI): yang dapat menjelaskan dengan lebih baik bagaimana cairan konduktor listrik yang berputar secara berbeda dapat didestabilisasi oleh medan magnet. Konsep ini telah banyak dipelajari secara teoritis, tetapi masih belum dikonfirmasi dalam eksperimen Taylor Couette karena kesulitan dalam menetapkan parameter yang sesuai.
cairan konduktif
Tim Wang telah mengatasi tantangan ini dengan menggunakan cairan yang disebut galinstan, yang merupakan paduan cair dari galium, indium, dan timah yang kira-kira dua kali lebih kental dari air, dan sekitar 100 juta kali lebih konduktif listrik. Untuk menghilangkan aliran sekunder, mereka juga menerapkan sepasang tutup konduktor listrik, yang berputar secara independen pada kecepatan menengah ke silinder dalam dan luar.
Eksperimen logam cair mensimulasikan cakram akresi astrofisika
Saat mereka menerapkan medan magnet vertikal di sepanjang sumbu rotasi silinder, para peneliti mengukur bilangan Reynolds magnetik cairan, yang mencirikan bagaimana medan magnet berinteraksi dengan cairan konduktor. Yang terpenting, mereka mengamati nilai ini melewati ambang batas tertentu: di luar itu kekuatan medan magnet yang melewati silinder bagian dalam mulai meningkat secara nonlinier – menunjukkan bahwa MRI telah dipicu.
Simulasi juga telah mampu mereproduksi perilaku ini, sehingga pengamatan tim merupakan langkah maju yang penting dalam kemampuan peneliti untuk mereproduksi dinamika cakram akresi dalam eksperimen nyata; dan akhirnya, dalam menjawab misteri lama seputar transfer momentum sudut dalam cakram akresi.
Penelitian tersebut dijelaskan dalam Physical Review Letters.
