Door een gang in het Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) van het Amerikaanse Department of Energy (DOE), wetenschappers bestuderen de werking van een machine in een kamer gevuld met draden en metalen onderdelen. De onderzoekers proberen het gedrag te verklaren van enorme wolken van stof en ander materiaal die sterren en zwarte gaten omcirkelen en instorten om planeten en andere hemellichamen te vormen.

Nieuwe bevindingen gerapporteerd in Fysieke beoordeling E verder het begrip van een machine die bekend staat als het magnetorotationele instabiliteit (MRI) experiment, die is vernoemd naar en brengt ons dichter bij het detecteren van de bron van de instabiliteit die ervoor zorgt dat het materiaal in dergelijke lichamen instort. Het fenomeen is lang vermoed, maar nooit definitief aangetoond dat het bestaat.

De resultaten van het PPPL-experiment richten zich op het effect van koperen eindkappen die kunstmatige grenzen vormen in plaats van de zwaartekracht van de natuur op de boven- en onderkant van het hoofdvat van de machine van het laboratorium. Het apparaat herbergt twee nestcilinders met de ruimte ertussen gevuld met een vloeibaar-metaallegering die bekend staat als Galinstan.

"We proberen de omstandigheden in de ruimte in het laboratorium na te bootsen, maar we hebben te maken met deze eindkappen, " zegt PPPL-natuurkundige Kyle Caspary, hoofdauteur van het artikel. "Om ze aan te pakken en de MRI in ons apparaat te ontdekken, we moeten de effecten van de eindkapgrenzen volledig begrijpen. Als we deze laag beter kunnen begrijpen, we zouden de machine zo kunnen bedienen dat we de fluctuaties die we zien op de MRI kunnen onderscheiden."

De geneste cilinders draaien met verschillende snelheden, het creëren van regio's van Galinstan die met verschillende snelheden in de cilinders draaien. Deze rotatie bootst de verschillende rotatiesnelheden na van stof en ander materiaal dat wervelt in zogenaamde accretieschijven rond kosmische objecten zoals sterren en zwarte gaten.

Terwijl de vloeistof in de geneste cilinders draait, er ontstaan ​​instabiliteiten in het gebied tussen de twee cilinders, net zoals stormen ontstaan ​​tussen verschillende luchtmassa's. PPPL-wetenschappers onderzoeken deze fluctuaties om bewijs te vinden van de magnetorotationele instabiliteit, waarvan wordt gedacht dat het ervoor zorgt dat de materie in accretieschijven sneller instort dan de huidige modellen voorspellen.

"Astrofysici hebben de hypothese geopperd dat als er turbulentie zou zijn in de materiaalstroom in accretieschijven, die de discrepantie tussen theorie en observatie zou kunnen verklaren, " zei Erik Gilson, de PPPL-fysicus die verantwoordelijk is voor het MRI-experiment. "Turbulentie zou leiden tot een grotere viscositeit van stromend materiaal, en dat zou een hogere aanwas betekenen."

Hoewel eindkappen essentieel zijn voor de werking van het MRI-experiment om te voorkomen dat de vloeibare legering eruit spat, er zijn geen eindkappen in de ruimte. Door precies te begrijpen hoe de eindkappen het gedrag van de Galinstan beïnvloeden, zouden wetenschappers de gegevens die door het MRI-experiment zijn verzameld, kunnen vertalen in een vorm die overeenkomt met wat er in de natuur gebeurt.

De door Caspary verzamelde gegevens geven aan dat de koperen eindkappen, die elektriciteit geleiden, lijken bepaalde instabiliteiten waarschijnlijker te maken. In aanvulling, de geleidende eindkappen zorgen ervoor dat de instabiliteiten overgaan van één naar meerdere frequenties, zoals symfonieën met meerdere klanklijnen. De meerdere frequenties zijn het bewijs dat de eindkappen de magnetische velden in het vloeibare metaal beïnvloeden. Die interactie tussen de eindkappen en de magnetische velden behoudt de scheiding van de snel- en langzaam bewegende gebieden van Galinstan.

Caspary en Gilson hebben nu het gevoel dat ze dichter bij het detecteren van de magnetorotatie-instabiliteit in de ruimte zijn. "We hebben een aantal zeer bruikbare inzichten gekregen in hoe de grenzen de stabiliteit van de stroom beïnvloeden, en enkele inzichten in hoe we onze rotatiesnelheden kunnen veranderen en hoe we de machine kunnen laten draaien om instabiliteiten te voorkomen, terwijl we ons nog steeds in een rijk bevinden waarin we de MRI kunnen vinden, ' zei Caspery.