Raziskovalci v ZDA so zasnovali eksperiment, ki poskuša simulirati kompleksno dinamiko astrofizičnih akrecijskih diskov natančneje kot kdaj koli prej. Yin Wang in sodelavci na Univerzi Princeton so to storili s prilagoditvijo prejšnjih eksperimentalnih tehnik, da bi se izognili neželenim tokovom v njihovem simuliranem disku, medtem ko so natančneje predstavljali magnetno-rotacijsko nestabilnost, za katero se domneva, da se pojavi v resničnih akrecijskih diskih.
Akrecijski diski so vrtinčasti vrtinci snovi, ki nastanejo, ko masivni predmeti, kot so črne luknje in novonastajajoče zvezde, zbirajo plin in prah iz svoje medzvezdne okolice. Dotok tega materiala povzroči nastanek planetov in povzroči intenzivno sevanje, ki se oddaja iz bližine nekaterih črnih lukenj.
Da se plin in prah približata masivnemu predmetu, morata prenesti kotno količino na zunanji rob diska – in razlaga, kako se to zgodi, je astronomom ušla. Ena od vodilnih teorij je, da ta prenos poganjajo turbulentni tokovi v disku. Da bi raziskali to idejo, so prejšnje študije uporabile postavitev Taylor Couette, v kateri tekočina zapolnjuje vrzel med dvema koncentričnima valjema, ki ju je mogoče neodvisno vrteti.
Astrofizika v laboratoriju
S počasnejšim vrtenjem zunanjega valja kot notranjega cilindra in skrbnim nadzorom njunih gibov lahko raziskovalci čim natančneje poustvarijo gibanje razvijajočih se akrecijskih diskov. Njihov cilj je ugotoviti, ali so lahko turbulentni tokovi res odgovorni za njihov prenos kotne količine.
Poleg jasne omejitve, da ta gibanja ne poganja gravitacija, mora biti tekočina navpično zadržana tudi z zgornjim in spodnjim pokrovom. To uvaja sekundarne tokove v tekočino, brez analogov v dejanskih akrecijskih diskih. ena Nedavna študija opravljeno v Parizu je zmanjšalo vpliv teh neželenih tokov z uporabo navpičnega magnetnega polja na tekoči kovinski disk – natančneje poustvarjanje električne prevodnosti pravih akrecijskih diskov. Vendar pa pariška ekipa ni v celoti poustvarila želenih turbulentnih tokov.
Eden od možnih dejavnikov za turbulenco v akrecijskih diskih je magnetno-rotacijska nestabilnost (MRI): ki bi lahko bolje pojasnila, kako lahko magnetno polje destabilizira diferencialno vrtečo se električno prevodno tekočino. Ta koncept je bil veliko teoretično raziskan, vendar še vedno ni bil potrjen v poskusih Taylorja Couetteja zaradi težav pri nastavljanju ustreznih parametrov.
Prevodna tekočina
Wangova ekipa se je lotila tega izziva z uporabo tekočine, imenovane galinstan, ki je tekoča zlitina galija, indija in kositra, ki je približno dvakrat bolj viskozna kot voda in približno 100-milijonkrat bolj prevodna za elektriko. Da bi odpravili sekundarne tokove, so uvedli tudi par električno prevodnih pokrovčkov, ki so se neodvisno vrteli pri vmesnih hitrostih notranjega in zunanjega valja.
Poskus s tekočo kovino simulira astrofizične akrecijske diske
Ko so uporabili navpično magnetno polje vzdolž osi vrtenja valjev, so raziskovalci izmerili magnetno Reynoldsovo število tekočine, ki označuje, kako magnetno polje medsebojno deluje s prevodno tekočino. Bistveno je, da so opazili, da je ta vrednost presegla določen prag: nad katerim je začela moč magnetnega polja, ki poteka skozi notranji valj, nelinearno naraščati – kar kaže, da je bila sprožena MRI.
Simulacije so prav tako uspele reproducirati to vedenje, zato so opažanja ekipe pomemben korak naprej pri sposobnosti raziskovalcev, da reproducirajo dinamiko akrecijskega diska v resničnih poskusih; in končno, pri odgovoru na dolgoletno skrivnost, ki obdaja prenos kotne količine v akrecijskih diskih.
Raziskava je opisana v Pisni pregledi fizike.
