Onderzoekers van het Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) van het Amerikaanse Department of Energy (DOE) hebben een nieuwe methode voorgesteld om een ​​wijdverbreide maar onbewezen theoretische verklaring van de vorming van sterren en planeten te verifiëren. De methode groeit uit simulatie van het Princeton Magnetorotational Instability (MRI) Experiment, een uniek laboratoriumapparaat dat tot doel heeft het MRI-proces te demonstreren waarvan wordt aangenomen dat het de kosmos heeft gevuld met hemellichamen.

Kosmisch stof

Het nieuwe apparaat, ontworpen om het proces te dupliceren dat ervoor zorgt dat wervelende wolken van kosmisch stof en plasma instorten in sterren en planeten, bestaat uit twee met vloeistof gevulde concentrische cilinders die met verschillende snelheden draaien. Het apparaat probeert de instabiliteiten na te bootsen waarvan wordt gedacht dat ze ervoor zorgen dat de wervelende wolken geleidelijk hun impulsmoment afwerpen en instorten in de groeiende lichamen waar ze omheen draaien. Een dergelijk momentum houdt de aarde en andere planeten stevig in hun banen.

"In onze simulaties kunnen we de MRI daadwerkelijk zien ontwikkelen in experimenten, " zei Himawan Winarto, een afgestudeerde student in het Princeton Program in Plasma Physics bij PPPL en hoofdauteur van een paper in Fysieke beoordeling E interesse in het onderwerp begon als stagiair aan de University of Tokyo-Princeton University Partnership on Plasma Physics tijdens een bachelor aan de Princeton University.

Het voorgestelde systeem zou de sterkte van de radiale, of cirkelvormig, magnetisch veld dat de roterende binnencilinder in experimenten genereert. Aangezien de sterkte van het veld sterk correleert met verwachte turbulente instabiliteiten, de metingen zouden kunnen helpen de bron van de turbulentie te lokaliseren.

"Ons algemene doel is om de wereld te laten zien dat we ondubbelzinnig het MRI-effect in het laboratorium hebben gezien, " zei natuurkundige Erik Gilson, een van Himawan's mentoren op het project en een co-auteur van het papier. "Wat Himawan voorstelt, is een nieuwe manier om naar onze metingen te kijken om tot de essentie van MRI te komen."

Verrassende resultaten

De simulaties hebben enkele verrassende resultaten opgeleverd. Hoewel MRI normaal alleen waarneembaar is bij een voldoende hoge cilinderrotatie, de nieuwe bevindingen geven aan dat instabiliteiten waarschijnlijk kunnen worden gezien lang voordat de bovengrens van de experimentele rotatiesnelheid is bereikt. "Dat betekent dat snelheden veel dichter in de buurt komen van de tarieven die we nu hanteren, "Winarto zei, "en projecten op de rotatiesnelheid die we zouden moeten nastreven om MRI te zien."

Een belangrijke uitdaging bij het opsporen van de bron van MRI is het bestaan ​​van andere effecten die kunnen werken als MRI, maar in feite niet het proces zijn. Prominent onder deze misleidende effecten zijn de zogenaamde Rayleigh-instabiliteiten die vloeistoffen opsplitsen in kleinere pakketjes, en Ekman-circulatie die het profiel van vloeistofstroom verandert. De nieuwe simulaties geven duidelijk aan "dat MRI, in plaats van Ekman-circulatie of Rayleigh-instabiliteit, domineert het vloeistofgedrag in de regio waar MRI wordt verwacht, ' zei Winarto.

De bevindingen werpen dus nieuw licht op de groei van sterren en planeten die het heelal bevolken. "Simulaties zijn erg handig om u in de goede richting te wijzen om enkele diagnostische resultaten van experimenten te helpen interpreteren, " zei Gilson. "Wat we aan deze resultaten zien, is dat de signalen voor MRI eruitzien alsof ze gemakkelijker te zien zouden moeten zijn in experimenten dan we eerder hadden gedacht."