חוקרים בארה"ב תכננו ניסוי המנסה לדמות את הדינמיקה המורכבת של דיסקי צבירה אסטרופיזיים באופן הדוק יותר מאי פעם. יין וואנג ועמיתיו מאוניברסיטת פרינסטון עשו זאת על ידי התאמת טכניקות ניסוי קודמות כדי למנוע זרימות לא רצויות בדיסק המדומה שלהם, תוך ייצוג הדוק יותר של חוסר היציבות המגנטו-סיבובית שמאמינים שמופיעה בדסקיות צבירה אמיתיות.
דיסקיות הצבירה הן מערבולות מסתחררות של חומר שנוצרות כאשר עצמים מסיביים כגון חורים שחורים וכוכבים חדשים שנוצרים אוספים גז ואבק מסביבתם הבין-כוכבית. זרימת החומר הזה מובילה להיווצרות כוכבי לכת ומייצרת את הקרינה העזה הנפלטת מקרבת כמה חורים שחורים.
כדי שגז ואבק יתקרבו לעצם המאסיבי, הם חייבים להעביר תנע זוויתי לקצה החיצוני של הדיסק - והסבר כיצד זה קורה חמק מהאסטרונומים. אחת התיאוריות המובילות היא שהעברה זו מונעת על ידי זרימות סוערות בדיסק. כדי לחקור רעיון זה, מחקרים קודמים השתמשו במערך טיילור קואט שבו נוזל ממלא את הרווח בין שני צילינדרים קונצנטריים שניתן לסובב אותם באופן עצמאי.
אסטרופיזיקה במעבדה
על ידי סיבוב הגליל החיצוני לאט יותר מהגליל הפנימי, ושליטה קפדנית על התנועות שלהם, החוקרים יכולים ליצור מחדש מקרוב את התנועות של דיסקיות הצבירה מתפתחות באופן קרוב ככל האפשר. המטרה שלהם כאן היא לקבוע אם זרימות סוערות באמת יכולות להיות אחראיות להעברת המומנטום הזוויתי שלהן.
עם זאת, מעבר למגבלה הברורה שתנועות אלו אינן מונעות על ידי כוח הכבידה, הנוזל חייב להיות מוכל גם אנכית על ידי מכסים עליונים ותחתונים. זה מכניס זרימות משניות לנוזל, ללא אנלוגי בתקליטורי צבירה אמיתיים. אחד מחקר שנערך לאחרונה שנעשה בפריז הפחית את ההשפעה של זרימות לא רצויות אלה על ידי הפעלת שדה מגנטי אנכי על דיסק מתכת נוזלי - ביתר יצירת מחדש את המוליכות החשמלית של דיסקי צבירה אמיתיים. עם זאת, הצוות הפריזאי לא שיחזר במלואו את הזרימות הסוערות הרצויות.
אחד המניעים האפשריים למערבולת בדסקיות הצבירה הוא אי-יציבות מגנטית-סיבובית (MRI): מה שיכול להסביר טוב יותר כיצד ניתן לערער את היציבות של נוזל שמסתובב באופן דיפרנציאלי ומוליך חשמלי על ידי שדה מגנטי. מושג זה נחקר באופן תיאורטי נרחב, אך עדיין לא אושר בניסויים של טיילור קוה בגלל קשיים בקביעת הפרמטרים המתאימים.
נוזל מוליך
הצוות של וואנג התמודד עם האתגר הזה על ידי שימוש בנוזל בשם galinstan, שהוא סגסוגת נוזלית של גליום, אינדיום ופח שצמיגה כפולה ממים, ומוליך חשמל פי 100 מיליון יותר. כדי לחסל זרימות משניות, הם יישמו גם זוג מכסים מוליכים חשמלית, שהסתובבו באופן עצמאי במהירויות ביניים לצילינדרים הפנימיים והחיצוניים.
ניסוי מתכת נוזלית מדמה דיסקי צבירה אסטרופיזיים
כשהם הפעילו שדה מגנטי אנכי לאורך ציר הסיבוב של הצילינדרים, החוקרים מדדו את מספר ריינולדס המגנטי של הנוזל, המאפיין כיצד שדה מגנטי מקיים אינטראקציה עם נוזל מוליך. באופן מכריע, הם ראו את הערך הזה עובר סף מסוים: שמעבר לו עוצמת השדה המגנטי העובר דרך הגליל הפנימי החלה לעלות באופן לא ליניארי - מה שמצביע על כך ש-MRI הופעל.
הדמיות הצליחו גם לשחזר התנהגות זו, ולכן התצפיות של הצוות מהוות צעד חשוב קדימה ביכולת של החוקרים לשחזר דינמיקה של דיסק הצבירה בניסויים אמיתיים; ובסופו של דבר, בתשובה לתעלומה ארוכת השנים סביב העברת המומנטום הזוויתי בדסקיות הצבירה.
המחקר מתואר ב מכתבי סקירה פיזית.
