Концепция художника о супермассивной черной дыре, окруженная аккреционным диском. Кредит: НАСА
Вместо буря в чайнике представьте космос в канистру. Ученые провели эксперименты с использованием вложенных вращающихся цилиндров, чтобы подтвердить, что неровный колебание в кольце электрически проводящей жидкости, подобной жидкому металлу или плазме, вызывает частицы на внутренней стороне кольца для дрейфа внутрь. Поскольку вращающиеся кольца плазмы также встречаются вокруг звезд и черных отверстий, эти новые выводы подразумевают, что колебания могут привести к тому, что эти кольца могут привести к тому, что они падают в сторону центральной массы и формы планет.
Ученые обнаружили, что колебание может расти новым, неожиданным образом. Исследователи уже знали, что колебания могут расти от взаимодействия между плазмой и магнитными полями в гравитационном поле. Но эти новые результаты показывают, что колебания могут более легко возникнуть в области между двумя струями жидкости с различными скоростями, областью, известной как свободный слой сдвига.
«Этот вывод показывает, что колебание может происходить чаще по всей Вселенной, чем мы ожидали, потенциально несет ответственность за формирование большего количества солнечных систем, чем когда -то думать», — сказала Инь Ван, физик -лабораторик по исследованию персонала (PPPL) и ведущий автор документа, сообщающий о результатах в виде физических обзоров. «Это важное понимание формирования планет по всему космосу».
Результаты следуют за предыдущими результатами 2022 года, которые были сосредоточены на более простой картине поведения жидкости. Вместе эти два вывода усиливают доказательства того, что тип плазменного колебания, известного как магниторотационная нестабильность (МРТ), может вызвать образование планет из так называемых аккреционных дисков вещества, кружащих звезд.
Исследователь PPPL Физик -исследователь Инь Ван регулирует устройство эксперимента по магниторотационной нестабильности, которое использовалось для получения новых результатов, связанных с формированием планеты. Кредит: Майкл Ливингстон / Отдел коммуникаций PPPL
Создание звездного аккреционного диска в лаборатории
Первоначальный эксперимент произошел в 2022 году и включал в себя эксперимент МРТ PPPL, устройство, состоящее из двух вложенных металлических цилиндров, каждый из которых около 1 фута высотой и 2 дюйма в ширину, который может вращаться с разными скоростями. Ученые создали регионы Галинстана — жидкость смеси элементов галлия, индий и олова — которые имитировали, как различные части аккреционного диска движутся на различных скоростях. Затем ученые применили магнитное поле.
Используя компьютерные программы для анализа результатов 2022 года, ученые подтвердили, что они создали форму МРТ, в которой линии магнитного поля не имеют такой же ориентации вокруг и через плазму. Вместо этого они намотали в скручивающей форме, переплетаясь через свободный слой сдвига и развивая различные силы в разных ориентациях.
Так же, как в результате 2022 года, колебание вызывает частицы на внешней стороне плазмы быстрее двигаться, а внутренние, чтобы двигаться медленнее. В то время как быстрые частицы могут получить так много скорости, что они улетают в космос, медленные частицы могут упасть внутрь и объединяться в тела, включая планеты.
Крупным планом жидкого металла в эксперименте МРТ. Кредит: Майкл Ливингстон / Отдел коммуникаций PPPL
Использование компьютерных кодов для интерпретации наблюдений
Ученые подтвердили результаты, используя компьютерные программы SFEMANS и DEDALUS для создания плазменных моделирования на основе данных из более ранних экспериментов 2022 года. «Эти компьютерные симуляции подтвердили наш предыдущий экспериментальный анализ, но они также открыли различные границы, чтобы помочь нам понять, что означают эти данные»,-сказала Фатима Эбрахими, главный физик исследования в PPPL и один из соавторов статьи.
Новое симуляции показали исследователям, что этот неровный колебание, или неаксисмимметричная МРТ, является типом магнитогидродинамической нестабильности. Он напоминает турбулентность, вызванную встречей жидкостей различных скоростей, таких как вихри, вызванные самолетом, пролетающим через облако, но с добавленной сложностью, вызванной магнитным полем. Подобная турбулентность возникает на солнечной поверхности и в области пространства, под влиянием магнитного поля Земли.
Раскрытие давней загадки
«Моделирование показало, что в ситуациях, когда две жидкости с различными скоростями встречаются и смешивают, создавая свободный слой сдвига, может расти крупномасштабная не оксимметричная МРТ, что делает весь диск колебаться»,-сказал Эбрагими. «Это новое понимание привело к новой физике, которая помогает решить давнюю астрофизическую тайну».
Среди сотрудников был Эрик Гилсон, глава PPPL Discovery Plasma Science; Hantao Ji, выдающийся научный сотрудник PPPL и профессор астрофизических наук в Принстонском университете; Джереми Гудман, профессор астрофизических наук в Принстонском университете; и Хонке Лу, летний стажер.
Информация от: Принстонским университетом
