美国的研究人员设计了一项实验，试图比以往更密切地模拟天体吸积盘的复杂动力学。 普林斯顿大学的 Yin Wang 及其同事通过调整以前的实验技术来避免在他们的模拟盘中出现不需要的流动，同时更接近地代表了被认为出现在真实吸积盘中的磁旋转不稳定性。
吸积盘是旋转的物质漩涡，形成黑洞和新形成的恒星等大质量物体从星际环境中收集气体和尘埃。 这种物质的流入导致行星形成并产生从一些黑洞附近发出的强烈辐射。
为了让气体和尘埃更靠近大质量物体，它必须将角动量转移到圆盘的外缘——天文学家一直没有解释这是如何发生的。 一个主要的理论是，这种转移是由盘中的湍流驱动的。 为了探索这个想法，之前的研究使用了 Taylor Couette 装置，其中流体填充了两个可以独立旋转的同心圆柱体之间的间隙。
实验室的天体物理学
通过使外圆柱体比内圆柱体旋转得更慢，并仔细控制它们各自的运动，研究人员可以尽可能接近地重现不断发展的吸积盘的运动。 他们的目的是确定湍流是否真的是其角动量转移的原因。
然而，除了这些运动不受重力驱动的明确限制之外，流体还必须垂直地被上下盖容纳。 这将二次流引入流体，在实际吸积盘中没有类似物。 一 最近的一项研究 在巴黎完成的工作通过向液态金属盘施加垂直磁场来减少这些不需要的流动的影响——更接近地再现真实吸积盘的导电性。 然而，巴黎团队并没有完全重现所需的湍流。
吸积盘中湍流的一个可能驱动因素是磁旋转不稳定性 (MRI)：它可以更好地解释差速旋转的导电流体如何被磁场破坏。 这个概念已经在理论上得到了广泛的研究，但由于难以设置适当的参数，仍未在 Taylor Couette 实验中得到证实。
导电液体
Wang 的团队通过使用一种名为 galinstan 的流体解决了这一挑战，该流体是一种镓、铟和锡的液态合金，其粘度约为水的两倍，导电性约为 100 亿倍。 为了消除二次流动，他们还实施了一对导电帽，它们以介于内外圆柱体之间的速度独立旋转。
液态金属实验模拟天体吸积盘
当他们沿圆柱体的旋转轴施加垂直磁场时，研究人员测量了流体的磁雷诺数，该数表征了磁场如何与导电流体相互作用。 至关重要的是，他们观察到这个值超过了某个阈值：超过该阈值，穿过内圆柱的磁场强度开始非线性增加——表明 MRI 已被触发。
模拟也能够重现这种行为，因此团队的观察是研究人员在真实实验中重现吸积盘动力学能力的重要一步； 最终，解答了围绕吸积盘中角动量转移的长期谜团。
该研究描述于 “物理评论快报”.
