Laboratorieforsøg undersøger dannelsen af ​​stjerner og planeter

Kosmos er et hulrum med stjerner og et stadigt stigende antal nyligt observerede planeter ud over vores solsystem. Endnu, hvordan disse stjerner og planeter blev dannet af skyer af interstellært støv og gas forbliver mystisk.

Undersøgelsen af ​​sorte huller giver spor, der kan hjælpe med at løse dette mysterium. Sorte huller er typisk afbildet som støvsugere, der suger alt nærliggende materiale og lys op. Men i virkeligheden, skyer af støv og gas, der kaldes akkretionsdiske, hvirvler rundt om sorte huller, gradvist bevæger sig tættere og tættere på, indtil de falder ned i de sorte huller.

Forskere ved Princeton Plasma Physics Laboratory hjalp med at verificere en af ​​de foreslåede modeller for, hvordan denne proces fungerer. Deres arbejde, understøttet af NASA, National Science Foundation, Energiministeriet, Simons Foundation, Institute for Advance Study og Kavli Institute for Theoretical Physics, vil blive præsenteret på American Physical Society Division of Plasma Physics møde i Portland, Malm.

Typiske objekter, der kredser om en stjerne, såsom planeterne, der går rundt om vores sol, fortsætter i kredsløb i milliarder af år, fordi deres vinkelmoment forbliver uændret, forhindrer dem i at falde indad. Et sådant systems vinkelmoment er en bevaret størrelse - den forbliver konstant, medmindre den påvirkes af en anden kraft. Hvis af en eller anden grund, vinkelmomentet for et kredsløbende objekt falder, den kan falde indad mod stjernen.

I modsætning til isolerede planeter, kredser stof i en tættere, mere overfyldt akkretionsdisk kan opleve kræfter, såsom friktion, der får den til at miste vinkelmoment. Sådanne kollisioner, imidlertid, er ikke nok til at forklare, hvor hurtigt materien skal falde indad for at danne planeter i rimelig tid. Men den magnetorotationelle ustabilitet, hvor magnetiske kræfter træder i stedet for kollisioner, kan give en forklaring.

Forskere lavede et eksperiment, der simulerede denne proces ved hjælp af en unik roterende vandfyldt enhed. Der optages video af en vandfyldt rød plastikbold, når den bevæger sig væk fra enhedens centrum. En fjeder i eksperimentet forbinder bolden med en stolpe for at simulere magnetiske kræfter. Positionsmålinger af bolden indikerer, at dens vinkelmomenters adfærd er i overensstemmelse med, hvad der forventes af den magnetorotationelle ustabilitet.

Forskere udfører nu eksperimenter ved hjælp af spindende flydende metaller for at undersøge, hvad der sker på tilførselsdiske med faktiske magnetiske kræfter til stede. Eksperimenterne bekræfter, hvor stærkt magnetfeltet påvirker metallet og baner vejen mod en klar forståelse af den rolle, felterne spiller i tilvækningsskiver. De kombinerede resultater markerer et vigtigt skridt mod en mere fuldstændig forklaring på udviklingen af ​​himmellegemer.