미국의 연구원들은 천체 물리학적 강착 원반의 복잡한 역학을 그 어느 때보다 밀접하게 시뮬레이션하려는 실험을 설계했습니다. Princeton University의 Yin Wang과 동료들은 시뮬레이션된 디스크에서 원치 않는 흐름을 피하기 위해 이전 실험 기술을 적용하면서 실제 강착 디스크에서 나타나는 것으로 생각되는 자기 회전 불안정성을 더 가깝게 나타냄으로써 이를 수행했습니다.
강착 원반은 블랙홀과 새로 형성되는 별과 같은 거대한 물체가 성간 주변에서 가스와 먼지를 모으면서 형성되는 소용돌이치는 물질의 소용돌이입니다. 이 물질의 유입은 행성을 형성하고 일부 블랙홀 주변에서 방출되는 강렬한 복사를 생성합니다.
가스와 먼지가 거대한 물체에 더 가까이 이동하려면 각운동량을 원반의 바깥쪽 가장자리로 전달해야 합니다. 그리고 이것이 어떻게 일어나는지에 대한 설명은 천문학자들을 피했습니다. 한 가지 주요 이론은 이 전달이 디스크의 난류에 의해 구동된다는 것입니다. 이 아이디어를 탐구하기 위해 이전 연구에서는 유체가 독립적으로 회전할 수 있는 두 개의 동심 실린더 사이의 간격을 채우는 Taylor Couette 설정을 사용했습니다.
실험실의 천체 물리학
외부 실린더를 내부 실린더보다 천천히 회전시키고 각각의 움직임을 신중하게 제어함으로써 연구자들은 진화하는 부착 디스크의 움직임을 가능한 한 가깝게 가깝게 재현할 수 있습니다. 여기서 그들의 목표는 난류가 실제로 각운동량 전달에 책임이 있는지 여부를 결정하는 것입니다.
그러나 이러한 운동은 중력에 의해 구동되지 않는다는 명확한 한계를 넘어 유체도 상하 캡에 의해 수직으로 수용되어야 합니다. 이것은 실제 강착 디스크에 아날로그가 없는 유체에 XNUMX차 흐름을 도입합니다. 하나 최근의 연구 파리에서 수행된 이 연구는 액체 금속 디스크에 수직 자기장을 적용하여 이러한 원치 않는 흐름의 영향을 줄였습니다. 그러나 파리 팀은 원하는 난류를 완전히 재현하지 못했습니다.
강착 디스크의 난류에 대한 한 가지 가능한 동인은 자기 회전 불안정성(MRI)입니다. 이는 차동 회전하는 전기 전도성 유체가 자기장에 의해 어떻게 불안정해질 수 있는지 더 잘 설명할 수 있습니다. 이 개념은 이론적으로 널리 연구되었지만 적절한 매개변수를 설정하는 데 어려움이 있어 Taylor Couette 실험에서 아직 확인되지 않았습니다.
전도성 액체
Wang의 팀은 물보다 점성이 약 100배이고 전기 전도성이 약 XNUMX억 배 더 높은 갈륨, 인듐 및 주석의 액체 합금인 갈린스탄(galinstan)이라는 유체를 사용하여 이 문제를 해결했습니다. XNUMX차 흐름을 제거하기 위해 내부 및 외부 실린더의 중간 속도로 독립적으로 회전하는 한 쌍의 전기 전도성 캡도 구현했습니다.
액체 금속 실험은 천체 물리학 강착 디스크를 시뮬레이션합니다.
실린더의 회전축을 따라 수직 자기장을 적용하면서 연구원들은 자기장이 전도성 유체와 상호 작용하는 방식을 특성화하는 유체의 자기 레이놀즈 수를 측정했습니다. 결정적으로 그들은 이 값이 특정 임계값을 통과하는 것을 관찰했습니다. 이 값을 넘어서면 내부 실린더를 통과하는 자기장의 강도가 비선형적으로 증가하기 시작하여 MRI가 트리거되었음을 나타냅니다.
시뮬레이션은 또한 이러한 행동을 재현할 수 있으므로 팀의 관찰은 실제 실험에서 부착 디스크 역학을 재현하는 연구원의 능력에서 중요한 단계입니다. 그리고 궁극적으로, 강착 원반에서 각운동량의 전달을 둘러싼 오랜 미스터리에 대한 해답입니다.
연구는 다음에 설명되어 있습니다. 피지컬 리뷰 레터스 (Physical Review Letters).
