ABD'deki araştırmacılar, astrofiziksel yığılma disklerinin karmaşık dinamiklerini hiç olmadığı kadar yakından simüle etmeye çalışan bir deney tasarladılar. Princeton Üniversitesi'ndeki Yin Wang ve meslektaşları, bunu, gerçek yığılma disklerinde ortaya çıktığına inanılan manyeto-dönel kararsızlığı daha yakından temsil ederken, simüle edilmiş disklerinde istenmeyen akışları önlemek için önceki deneysel teknikleri uyarlayarak yaptılar.
Toplanma diskleri, kara delikler ve yeni oluşan yıldızlar gibi büyük nesneler olarak yıldızlararası çevrelerinden gaz ve toz toplarken oluşan maddenin dönen girdaplarıdır. Bu malzemenin akışı, gezegen oluşumuna yol açar ve bazı kara deliklerin çevresinden yayılan yoğun radyasyonu üretir.
Gaz ve tozun büyük kütleli cisme yaklaşması için açısal momentumu diskin dış kenarına aktarması gerekir ve bunun nasıl gerçekleştiğine dair bir açıklama gökbilimcilerin gözünden kaçmış durumda. Önde gelen bir teori, bu transferin diskteki türbülanslı akışlar tarafından yönlendirildiğidir. Bu fikri araştırmak için önceki çalışmalarda, bağımsız olarak döndürülebilen iki eşmerkezli silindir arasındaki boşluğu bir sıvının doldurduğu bir Taylor Couette düzeni kullanılmıştır.
Laboratuvarda astrofizik
Araştırmacılar, dış silindiri iç silindirden daha yavaş döndürerek ve ilgili hareketlerini dikkatlice kontrol ederek, gelişen yığılma disklerinin hareketlerini mümkün olduğunca yakından yeniden oluşturabilirler. Buradaki amaçları, türbülanslı akışların açısal momentum transferinden gerçekten sorumlu olup olmadığını belirlemektir.
Bununla birlikte, bu hareketlerin yerçekimi tarafından tahrik edilmediği açık sınırlamasının ötesinde, sıvı ayrıca üst ve alt kapaklar tarafından dikey olarak içerilmelidir. Bu, gerçek yığılma disklerinde analog olmadan sıvıya ikincil akışlar sağlar. Bir yeni bir çalışma Paris'te yapılan bir araştırma, sıvı metal diske dikey bir manyetik alan uygulayarak bu istenmeyen akışların etkisini azalttı - gerçek yığılma disklerinin elektrik iletkenliğini daha yakından yeniden yarattı. Ancak Parisli ekip, istenen türbülanslı akışları tam olarak yeniden yaratmadı.
Biriktirme disklerinde türbülans için olası bir itici güç, manyeto-rotasyonel kararsızlıktır (MRI): bu, diferansiyel olarak dönen, elektriksel olarak iletken bir sıvının bir manyetik alan tarafından nasıl dengesiz hale getirilebileceğini daha iyi açıklayabilir. Bu kavram teorik olarak geniş çapta incelenmiştir, ancak uygun parametreleri ayarlamadaki zorluklar nedeniyle Taylor Couette deneylerinde hala doğrulanmamıştır.
iletken sıvı
Wang'ın ekibi bu zorluğun üstesinden, galyum, indiyum ve kalaydan oluşan, sudan yaklaşık iki kat daha viskoz ve yaklaşık 100 milyon kat daha fazla elektriği ileten sıvı bir alaşım olan galistan adı verilen bir sıvı kullanarak geldi. İkincil akışları ortadan kaldırmak için, iç ve dış silindirlerin arasındaki hızlarda bağımsız olarak dönen bir çift elektrik ileten kapak da uyguladılar.
Sıvı metal deneyi, astrofiziksel yığılma disklerini simüle eder
Araştırmacılar, silindirlerin dönme ekseni boyunca dikey bir manyetik alan uygularken, sıvının manyetik alanın iletken bir sıvı ile nasıl etkileşime girdiğini karakterize eden manyetik Reynolds sayısını ölçtüler. En önemlisi, bu değerin belirli bir eşiği geçtiğini gözlemlediler: bunun ötesinde, iç silindirden geçen manyetik alanın gücü doğrusal olmayan bir şekilde artmaya başladı - bu, MRG'nin tetiklendiğini gösteriyor.
Simülasyonlar da bu davranışı yeniden üretebildi, bu nedenle ekibin gözlemleri, araştırmacıların gerçek deneylerde yığılma diski dinamiklerini yeniden üretme becerisinde önemli bir adımdır; ve nihayetinde, yığılma disklerinde açısal momentum transferini çevreleyen uzun süredir devam eden gizemi yanıtlarken.
Araştırma şu şekilde açıklanmaktadır: Physical Review Letters.
