法国的研究人员创建了一项新实验，可以提高我们对恒星和黑洞吸积盘动力学的理解。 设计者 Marlone Vernet 和同事 在巴黎索邦大学，该实验使用径向电场和垂直磁场的组合来包含液态金属的旋转盘。 这使团队能够观察到角动量是如何在圆盘内传递的——这可以提供对行星形成和黑洞周围区域的洞察。
吸积是大质量物体（如恒星或黑洞）从其周围吸入气体和尘埃的过程。 结果是一个环绕的吸积盘，气体和尘埃越来越接近这个大质量物体。 在恒星系统中，行星在吸积盘内形成，天文学家可以通过观察吸积盘的辐射来研究黑洞。
为了使尘埃和气体越来越靠近这个大质量物体，它必须以某种方式失去沿途的角动量。 结果，角动量必须从吸积盘内部转移到其外边缘。 然而，这究竟是如何发生的，仍然是个谜。 一种可能性是旋转圆盘的内部和外部之间的摩擦将角动量向外传递——但圆盘的粘度似乎太低而无法发生这种情况。
湍流剪切流
一个更合理的解释是角动量传递被圆盘中的湍流剪切流增强。 但是，尽管对望远镜图像和计算机模拟进行了数十年的仔细检查，但驱动这种湍流的机制仍不清楚。
这激发了天体物理学家进入实验室并进行类似于吸积盘的实验。 在典型的实验中，液体包含在两个独立旋转的圆柱体之间的空间中。 液体通过与两个圆柱体的粘性摩擦而不是重力被驱动运动。 通过调整圆柱体的旋转速度，研究人员可以重现在真实吸积盘中观察到的径向运动——为角动量如何向外传输提供一些见解。
然而，这种设置远非天体吸积盘的理想模拟。 不仅液体的运动是由与重力不同的力驱动的，而且液体还必须垂直地被上下盖所容纳。 通过粘性摩擦，这些边界将二次流引入流体，这在实际吸积盘中没有任何对应物。
有限的二次流量
在他们的研究中，Vernet 的团队创建了一项新实验，其中液态金属被径向电场驱动运动。 该场是通过在外部环形电极和中央圆柱体之间通过电流而产生的。 尽管流体仍然垂直封顶，但二次流动的范围受到垂直磁场的限制，该磁场由放置在圆盘上方和下方的线圈产生。
当恒星被黑洞吞噬时，吸积而不是碰撞意大利面会爆发
在他们的实验中，研究人员能够控制液体的旋转速度和湍流程度。 通过用传感器探测液体，他们发现角动量确实是由圆盘内部的湍流向外驱动的。 更重要的是，这发生在非常低的分子粘度值下。 这与对真实吸积盘的观察非常相似，在吸积盘中，物质会失去角动量并向内下落——尽管气体和尘埃明显缺乏粘性。
实验中仍然存在二次流，这意味着该团队无法完全模拟吸积盘中的湍流。 然而，随着进一步的改进，研究人员希望悬浮的液态金属盘能够很快让天文学家估计与他们观察到的吸积盘相关的湍流水平。
该研究描述于 “物理评论快报”.
