|
Механизм, который приводит к образованию планет
|
|
|
|
Вместо бури в чайнике представьте космос в канистре. Ученые провели эксперименты с использованием вложенных друг в друга вращающихся цилиндров, чтобы подтвердить, что неравномерное колебание кольца из электропроводящей жидкости, такой как жидкий металл или плазма, заставляет частицы, находящиеся внутри кольца, дрейфовать внутрь. Поскольку вращающиеся кольца плазмы также образуются вокруг звезд и черных дыр, эти новые находки предполагают, что колебания могут привести к тому, что вещество в этих кольцах упадет к центральной массе и сформирует планеты.
|
|
|
|
Ученые обнаружили, что колебания могут усиливаться новым, неожиданным образом. Исследователи уже знали, что колебания могут возникать в результате взаимодействия плазмы и магнитных полей в гравитационном поле. Но эти новые результаты показывают, что колебания могут легче возникать в области между двумя струями жидкости с разными скоростями, области, известной как слой свободного сдвига.
|
|
|
|
"Это открытие показывает, что колебания могут происходить по всей Вселенной чаще, чем мы ожидали, и потенциально могут быть ответственны за формирование большего числа солнечных систем, чем считалось ранее", - сказал Инь Ван, физик-исследователь Принстонской лаборатории физики плазмы (PPPL) Министерства энергетики США и ведущий автор исследования. автор статьи, опубликовавшей результаты в журнале Physical Review Letters. "Это важное понимание формирования планет во всем космосе".
|
|
|
|
|
|
|
Полученные результаты дополняют предыдущие результаты, полученные в 2022 году, которые были сосредоточены на более простой картине поведения жидкости. В совокупности эти два открытия подтверждают доказательства того, что колебания плазмы, известные как магнитовращательная нестабильность (МРТ), могут вызывать образование планет из так называемых аккреционных дисков вещества, вращающегося вокруг звезд.
|
|
|
|
Создание звездного аккреционного диска в лаборатории
|
|
|
|
Первоначальный эксперимент был проведен в 2022 году и включал в себя МРТ-эксперимент PPPL, устройство, состоящее из двух вложенных друг в друга металлических цилиндров, каждый высотой около 1 фута и шириной 2 дюйма, которые могут вращаться с разной скоростью. Ученые создали области галинстана — жидкую смесь элементов галлия, индия и олова, — которые имитировали движение различных частей аккреционного диска с разной скоростью. Затем ученые применили магнитное поле.
|
|
|
|
Используя компьютерные программы для анализа результатов 2022 года, ученые подтвердили, что они создали разновидность магнитно-резонансной томографии, в которой линии магнитного поля не имеют одинаковой ориентации вокруг плазмы и через нее. Вместо этого они скручиваются в спиральную форму, переплетаясь через слой свободного сдвига и проявляя разную прочность в разных направлениях.
|
|
|
|
Как и в случае с результатом 2022 года, колебание приводит к тому, что частицы снаружи плазмы движутся быстрее, а частицы внутри - медленнее. В то время как быстрые частицы могут развить такую скорость, что улетают в космос, медленные частицы могут падать внутрь и объединяться в тела, включая планеты.
|
|
|
|
Использование компьютерных кодов для интерпретации результатов наблюдений
|
|
|
|
Ученые подтвердили полученные результаты, используя компьютерные программы SFEMaNS и Dedalus для создания моделей плазмы, основанных на данных предыдущих экспериментов 2022 года. "Эти компьютерные симуляции подтвердили наши предыдущие экспериментальные исследования, но они также открыли новые горизонты, чтобы помочь нам понять, что означают эти данные", - сказала Фатима Эбрахими, главный физик-исследователь PPPL и один из соавторов статьи.
|
|
|
|
Новое моделирование показало исследователям, что это неравномерное колебание, или неосесимметричная магнитно-резонансная томография, является одним из видов магнитогидродинамической нестабильности. Это напоминает турбулентность, возникающую при столкновении жидкостей с разными скоростями, — подобно завихрениям, возникающим при полете самолета сквозь облака, — но с дополнительной сложностью, вызванной магнитным полем. Подобная турбулентность возникает на поверхности Солнца и в области космоса, находящейся под влиянием магнитного поля Земли.
|
|
Раскрытие давней загадки
|
|
|
|
"Моделирование показало, что в ситуациях, когда две жидкости с разными скоростями встречаются и смешиваются, создавая слой свободного сдвига, может вырасти крупномасштабная неосесимметричная магнитно-резонансная томография, которая заставляет весь диск колебаться", - сказал Эбрахими. "Это новое понимание привело к созданию новой физики, которая помогает разгадать давнюю астрофизическую тайну".
|
|
|
|
Источник
|
