Au lieu d'une tempête dans une théière, imaginez le cosmos dans une cartouche. Les scientifiques ont effectué des expériences utilisant des cylindres imbriqués imbriqués pour confirmer qu'une bondance inégale dans un anneau de liquide électriquement conducteur comme le métal liquide ou le plasma provoque des particules à l'intérieur de l'anneau dériver vers l'intérieur. Étant donné que les anneaux renouvelables de plasma se produisent également autour des étoiles et des trous noirs, ces nouvelles découvertes impliquent que les oscillations peuvent provoquer la chute de la matière dans ces anneaux vers la masse centrale et forment des planètes.
Les scientifiques ont constaté que l'oscillation pouvait se développer d'une manière nouvelle et inattendue. Les chercheurs savaient déjà que les oscillations pouvaient se développer à partir de l'interaction entre le plasma et les champs magnétiques dans un champ gravitationnel. Mais ces nouveaux résultats montrent que les oscillations peuvent survenir plus facilement dans une région entre deux jets de liquide avec des vitesses différentes, une zone connue sous le nom de couche de cisaillement libre.
« Cette constatation montre que l'oscillation pourrait se produire plus souvent dans l'univers que prévu, étant potentiellement responsable de la formation de plus de systèmes solaires qu'on ne le pensait une fois », a déclaré Yin Wang, physicien en recherche du personnel du US Department of Energy (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) et auteur principal du document rapportant les résultats du Résultat du Princeton Physics Laboratory (PPPL) et auteur principal du document signalant les résultats du Résultat du Plasma Physics Laboratory (PPPL) et auteur principal du document Signaler les résultats du Résultat du Plasma Physics Laboratory (PPPL) et auteur principal du document Signaler les résultats du Résultat du Plasma Physics Laboratory (PPPL) et l'auteur principal du document Signaler les résultats du Princeton Plasma Physical Lettres d'examen physique. « C'est un aperçu important de la formation de planètes tout au long du cosmos. »
Les résultats suivent les résultats précédents de 2022 qui se sont concentrés sur une image plus simple du comportement des fluides. Ensemble, les deux résultats renforcent les preuves qu'un type de bombardement de plasma connu sous le nom d'instabilité magnétorotationnelle (IRM) peut provoquer la formation de planètes à partir de disques dits d'accrétion des étoiles encerclées de matière.
Création d'un disque d'accrétion stellaire dans un laboratoire
L'expérience originale s'est produite en 2022 et a impliqué l'expérience IRM de PPPL, un dispositif composé de deux cylindres en métal imbriqués, chacun d'environ 1 pied de haut et de 2 pouces de large, qui peut tourner à différents taux. Les scientifiques ont créé des régions de Galinstan – un mélange fluide des éléments gallium, iridium et étain – qui imitait comment différentes parties d'un disque d'accrétion se déplacent à des vitesses variables. Les scientifiques ont ensuite appliqué un champ magnétique.
En utilisant des programmes informatiques pour analyser les résultats de 2022, les scientifiques ont confirmé qu'ils avaient créé une forme d'IRM dans laquelle les lignes de champ magnétique n'ont pas la même orientation autour et à travers le plasma. Au lieu de cela, ils se sont enroulés en forme de torsion, entrelacant à travers la couche de cisaillement libre et développant différentes forces dans différentes orientations.
Tout comme dans le résultat de 2022, l'oscillation fait bouger les particules à l'extérieur du plasma plus rapidement et ceux à l'intérieur se déplacent plus lentement. Bien que les particules rapides puissent gagner tellement de vitesse qu'elles s'envolent dans l'espace, les particules lentes peuvent tomber vers l'intérieur et se fuir dans les corps, y compris les planètes.
Utilisation de codes informatiques pour interpréter les observations
Les scientifiques ont confirmé les résultats à l'aide des programmes informatiques SFEMANS et Dedalus pour créer des simulations de plasma basées sur des données des expériences précédentes de 2022. « Ces simulations informatiques ont confirmé nos analyses expérimentales précédentes, mais elles ont également ouvert différentes frontières pour nous aider à comprendre ce que ces données signifiaient », a déclaré Fatima Ebrahimi, un physicien principal de la recherche chez PPPL et l'un des co-auteurs du journal.
Les nouvelles simulations ont montré aux chercheurs que cette bondance inégale, ou IRM non axisymétrique, est un type d'instabilité magnétohydrodynamique. Il ressemble à des turbulences causées par la rencontre de fluides de différentes vitesses – comme les tourbillons causés par un avion volant à travers un nuage, mais avec une complexité supplémentaire causée par un champ magnétique. Des turbulences similaires se produisent à la surface du soleil et dans la région de l'espace influencé par le champ magnétique de la Terre.
Découvrir une énigme de longue date
« Les simulations ont montré que dans les situations où deux liquides à vitesses différentes se rencontrent et se mélangent, créant une couche de cisaillement libre, une IRM non axisymétrique à grande échelle peut se développer, ce qui fait de l'ensemble du disque », a déclaré Ebrahimi. « Cette nouvelle compréhension a conduit à une nouvelle physique qui aide à résoudre un mystère astrophysique de longue date. »
Les collaborateurs étaient Erik Gilson, chef de la science du plasma Discovery de PPPL; Hantao Ji, un chercheur distingué PPPL et professeur de sciences astrophysiques à l'Université de Princeton; Jeremy Goodman, professeur de sciences astrophysiques à l'Université de Princeton; et Hongke Lu, un stagiaire d'été.
