Cercetătorii din SUA au conceput un experiment care încearcă să simuleze dinamica complexă a discurilor de acreție astrofizică mai îndeaproape decât oricând. Yin Wang și colegii de la Universitatea Princeton au făcut acest lucru adaptând tehnicile experimentale anterioare pentru a evita fluxurile nedorite în discul lor simulat, reprezentând în același timp mai îndeaproape instabilitatea magneto-rotațională despre care se crede că apare în discurile de acreție reale.
Discurile de acreție sunt vârtejuri de materie care se formează pe măsură ce obiecte masive, cum ar fi găurile negre și stelele nou formate, adună gaz și praf din mediul lor interstelar. Influxul acestui material duce la formarea planetei și produce radiația intensă care este emisă din vecinătatea unor găuri negre.
Pentru ca gazul și praful să se apropie de obiectul masiv, acesta trebuie să transfere moment unghiular către marginea exterioară a discului - și o explicație a modului în care se întâmplă acest lucru a ocolit astronomilor. O teorie principală este că acest transfer este condus de fluxuri turbulente din disc. Pentru a explora această idee, studiile anterioare au folosit o configurație Taylor Couette în care un fluid umple golul dintre doi cilindri concentrici care pot fi rotiți independent.
Astrofizica in laborator
Prin rotirea cilindrului exterior mai lent decât cilindrul interior și controlând cu atenție mișcările respective, cercetătorii pot recrea îndeaproape mișcările discurilor de acumulare în evoluție cât mai aproape posibil. Scopul lor aici este de a determina dacă fluxurile turbulente ar putea fi cu adevărat responsabile pentru transferul lor de moment unghiular.
Cu toate acestea, dincolo de limitarea clară că aceste mișcări nu sunt conduse de gravitație, fluidul trebuie să fie, de asemenea, conținut vertical de capacele superioare și inferioare. Aceasta introduce fluxuri secundare în fluid, fără analog în discurile de acreție reale. unu studiu recent realizat la Paris a redus influența acestor fluxuri nedorite prin aplicarea unui câmp magnetic vertical pe un disc de metal lichid – recreând mai îndeaproape conductivitatea electrică a discurilor de acreție reale. Cu toate acestea, echipa pariziană nu a recreat pe deplin fluxurile turbulente dorite.
Un posibil factor pentru turbulența discurilor de acreție este instabilitatea magneto-rotațională (IRM): care ar putea explica mai bine modul în care un fluid care se rotește diferențial, conducător electric poate fi destabilizat de un câmp magnetic. Acest concept a fost studiat pe scară largă teoretic, dar încă nu a fost confirmat în experimentele Taylor Couette din cauza dificultăților în stabilirea parametrilor corespunzători.
Lichid conductiv
Echipa lui Wang a abordat această provocare folosind un fluid numit galinstan, care este un aliaj lichid de galiu, indiu și staniu, care este de aproximativ două ori mai vâscos decât apa și de aproximativ 100 de milioane de ori mai conducător de electricitate. Pentru a elimina fluxurile secundare, au implementat și o pereche de capace conductoare electric, care se roteau independent la viteze intermediare cu cilindrii interior și exterior.
Experimentul cu metal lichid simulează discuri de acreție astrofizică
Pe măsură ce au aplicat un câmp magnetic vertical de-a lungul axei de rotație a cilindrilor, cercetătorii au măsurat numărul Reynolds magnetic al fluidului, care caracterizează modul în care un câmp magnetic interacționează cu un fluid conductor. În mod esențial, ei au observat această valoare depășind un anumit prag: dincolo de care puterea câmpului magnetic care trece prin cilindrul interior a început să crească neliniar – indicând că RMN a fost declanșat.
De asemenea, simulările au reușit să reproducă acest comportament, astfel încât observațiile echipei reprezintă un pas important înainte în capacitatea cercetătorilor de a reproduce dinamica discului de acreție în experimente reale; și în cele din urmă, pentru a răspunde misterului de lungă durată din jurul transferului de moment unghiular în discurile de acreție.
Cercetarea este descrisă în Scrisori de recenzie fizică.
