Hoe zijn sterren en planeten ontstaan ​​uit de wolken van stof en gas die ooit de kosmos vulden? Een nieuw experiment in het Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) van het Amerikaanse Department of Energy (DOE) heeft de geldigheid aangetoond van een wijdverbreide theorie die bekend staat als "magnetorotationele instabiliteit, " of MRI, dat probeert de vorming van hemellichamen te verklaren.

De theorie stelt dat MRI accretieschijven mogelijk maakt, stofwolken, gas, en plasma dat rond groeiende sterren en planeten en zwarte gaten wervelt, om in hen te vallen. Volgens de theorie, deze ineenstorting gebeurt omdat turbulent wervelend plasma, technisch bekend als "Kepleriaanse stromen, " wordt geleidelijk onstabiel binnen een schijf. De instabiliteit zorgt ervoor dat het impulsmoment - het proces dat voorkomt dat planeten in een baan om de zon worden getrokken - in de binnenste secties van de schijf afneemt, die vervolgens in hemellichamen vallen.

In tegenstelling tot planeten die in een baan om de aarde draaien, de materie in dichte en overvolle accretieschijven kan krachten ervaren zoals wrijving die ervoor zorgen dat de schijven hun impulsmoment verliezen en in de objecten worden getrokken waar ze rond wervelen. Echter, dergelijke krachten kunnen niet volledig verklaren hoe snel materie in grotere objecten moet vallen voordat planeten en sterren zich op een redelijke tijdschaal kunnen vormen.

MRI-experiment

Bij PPPL, natuurkundigen hebben het veronderstelde bredere proces gesimuleerd in het MRI-experiment van het laboratorium. Het unieke apparaat bestaat uit twee concentrische cilinders die met verschillende snelheden draaien. In dit experiment, onderzoekers vulden de cilinders met water en bevestigden een met water gevulde plastic bal die door een veer was vastgemaakt aan een paal in het midden van het apparaat; de rek- en buigveer bootst de magnetische krachten in het plasma na in accretieschijven. Onderzoekers draaiden vervolgens de cilinders en filmden het gedrag van de bal, gezien van boven naar beneden.

De bevindingen, gerapporteerd in Communicatie Fysica , vergeleek de bewegingen van de met een veer vastgemaakte bal bij het roteren met verschillende snelheden. "Zonder rekken, er gebeurt niets met het impulsmoment, " zei Hantao Ji, een professor in astrofysische wetenschappen aan de Princeton University en hoofdonderzoeker van de MRI en een co-auteur van het artikel. "Er gebeurt ook niets als de veer te sterk is."

Echter, directe meting van de resultaten wees uit dat wanneer de veerbinding zwak was - analoog aan de toestand van de magnetische velden in accretieschijven - het gedrag van het impulsmoment van de bal consistent was met MRI-voorspellingen van ontwikkelingen in een echte accretieschijf. De bevindingen toonden aan dat de zwak vastgebonden roterende bal een impulsmoment kreeg en naar buiten verschoof tijdens het experiment. Aangezien het impulsmoment van een roterend lichaam behouden moet blijven, elke winst in momentum moet gepaard gaan met een verlies van momentum in het binnenste gedeelte, waardoor de zwaartekracht de schijf in het object kan trekken waar hij omheen draait.