フランスの研究者は、恒星とブラックホールの降着円盤のダイナミクスの理解を深める新しい実験を作成しました。 によって設計された マーローン・ベルネと同僚 パリのソルボンヌ大学では、放射状電場と垂直磁場の組み合わせを使用して、液体金属の回転ディスクを閉じ込める実験が行われました。 これにより、チームは円盤内で角運動量がどのように伝達されるかを観察することができました。これは、惑星の形成とブラック ホール周辺の領域に関する洞察を提供する可能性があるものです。
降着は、星やブラック ホールなどの巨大な物体が周囲からガスや塵を引き込むプロセスです。 その結果、円盤状の降着円盤が形成され、ガスと塵が巨大な天体にどんどん近づいていきます。 恒星系では、降着円盤内で惑星が形成され、天文学者は降着円盤からの放射を観測することでブラック ホールを研究できます。
ちりとガスが巨大な物体に近づくためには、何らかの方法で角運動量を失う必要があります。 その結果、角運動量は降着円盤の内側から外側の端に移動する必要があります。 しかし、これが正確にどのように起こるかは謎のままです。 XNUMX つの可能性は、回転する円盤の内側部分と外側部分の間の摩擦が角運動量を外側に伝達することですが、円盤の粘度はこれが発生するには低すぎるようです。
乱流せん断流
よりもっともらしい説明は、円盤内の乱流せん断流によって角運動量の伝達が強化されるというものです。 しかし、何十年にもわたって望遠鏡の画像とコンピューター シミュレーションの両方を使った綿密な調査にもかかわらず、この乱気流を引き起こすメカニズムはまだ不明です。
これは、天体物理学者が実験室に持ち込んで、降着円盤の類似物である実験を行うよう促しました。 典型的な実験では、液体は XNUMX つの独立して回転するシリンダーの間の空間に含まれています。 重力の代わりに、液体は XNUMX つのシリンダーとの粘性摩擦によって動かされます。 円柱の回転速度を調整することで、研究者は実際の降着円盤で観測された放射状の動きを再現することができ、角運動量がどのように外側に運ばれるかについての洞察を提供します。
しかし、このセットアップは、天体物理学の降着円盤の理想的な類似物とは言えません。 液体の動きは重力とは異なり、力によって駆動されるだけでなく、液体は上下のキャップによって垂直方向に封じ込められなければなりません。 粘性摩擦により、これらの境界は流体に二次的な流れを導入しますが、実際の降着円盤にはこれに相当するものはありません。
限られた二次流れ
彼らの研究では、Vernet のチームは、液体金属が放射状の電場によって駆動される新しい実験を作成しました。 この電界は、外側のリング状の電極と中央の円筒の間に電流を流すことによって生成されます。 流体はまだ垂直に覆われていますが、二次流れの範囲は、ディスクの上下に配置されたコイルによって作成される垂直磁場によって制限されます。
星がブラックホールにむさぼり食われると、スパゲッティに衝突するのではなく、降着が燃え上がる
彼らの実験では、研究者は液体の回転速度と乱流のレベルの両方を制御することができました。 センサーを使って液体を調べたところ、角運動量が円盤の大部分の内部の乱流によって実際に外向きに駆動されていることがわかりました。 さらに、これは分子粘度の非常に低い値で発生しました。 これは、実際の降着円盤の観察と非常によく似ています。この場合、ガスとダストの粘性が明らかに不足しているにもかかわらず、物質が角運動量を失い、内側に落ちます。
二次的な流れはまだ実験に存在します。つまり、チームは降着円盤の乱流を完全にシミュレートできなかったことを意味します。 しかし、研究者たちは、さらに改良することで、天文学者が観測した降着円盤に関連する乱流のレベルをすぐに推定できるようになることを望んでいます。
研究はで説明されています Physical Review Lettersに.
