• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  •  science >> Vetenskap >  >> Fysik
    Utforska källan till stjärnor och planeter i ett laboratorium

    Fysikern Himawan Winarto med figurer från papper bakom sig. Kredit:Elle Starkman/PPPL Office of Communications.

    En ny metod för att verifiera en allmänt hållen men oprövad teoretisk förklaring av bildandet av stjärnor och planeter har föreslagits av forskare vid det amerikanska energidepartementets (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL). Metoden växer från simulering av Princeton Magnetorotational Instability (MRI) Experiment, en unik laboratorieapparat som syftar till att demonstrera MRT-processen som tros ha fyllt kosmos med himlakroppar.

    Kosmiskt damm

    Den nya enheten, designad för att duplicera processen som får virvlande moln av kosmiskt damm och plasma att kollapsa till stjärnor och planeter, består av två vätskefyllda koncentriska cylindrar som roterar med olika hastigheter. Enheten försöker replikera de instabiliteter som tros få de virvlande molnen att gradvis släppa vad som kallas deras vinkelmoment och kollapsa in i de växande kropparna som de kretsar runt. Sådan fart håller jorden och andra planeter stadigt inom sina banor.

    "I våra simuleringar kan vi faktiskt se MRI utvecklas i experiment, " sa Himawan Winarto, en doktorand i Princeton-programmet i plasmafysik vid PPPL och huvudförfattare till en artikel i Fysisk granskning E Intresset för ämnet började som praktikant vid University of Tokyo-Princeton University Partnership on Plasma Physics medan han studerade vid Princeton University.

    Det föreslagna systemet skulle mäta styrkan hos den radiella, eller cirkulär, magnetfält som den roterande innercylindern genererar i experiment. Eftersom fältets styrka korrelerar starkt med förväntade turbulenta instabiliteter, mätningarna kan hjälpa till att lokalisera källan till turbulensen.

    "Vårt övergripande mål är att visa världen att vi otvetydigt har sett MRT-effekten i labbet, sade fysikern Erik Gilson, en av Himawans mentorer i projektet och en medförfattare till tidningen. "Vad Himawan föreslår är ett nytt sätt att se på våra mätningar för att få fram kärnan i MRI."

    Överraskande resultat

    Simuleringarna har visat några överraskande resultat. Även om MRT normalt endast kan observeras vid en tillräckligt hög hastighet av cylinderrotation, de nya fynden indikerar att instabilitet sannolikt kan ses långt innan den övre gränsen för den experimentella rotationshastigheten nås. "Det betyder hastigheter mycket närmare de priser vi kör nu, " sa Winarto, "och projekterar till den rotationshastighet som vi bör sikta på för att se MRT."

    En viktig utmaning för att upptäcka källan till MRT är förekomsten av andra effekter som kan verka som MRT men som i själva verket inte är processen. Framträdande bland dessa vilseledande effekter är vad som kallas Rayleigh-instabiliteter som bryter upp vätskor i mindre paket, och Ekman -cirkulation som förändrar profilen för vätskeflöde. De nya simuleringarna visar tydligt "att MRI, snarare än Ekman cirkulation eller Rayleigh instabilitet, dominerar vätskebeteendet i regionen där MRT förväntas, sa Winarto.

    Fynden kastar alltså nytt ljus över tillväxten av stjärnor och planeter som befolkar universum. "Simuleringar är mycket användbara för att peka dig i rätt riktning för att hjälpa till att tolka några av de diagnostiska resultaten av experiment, "Vad vi ser från dessa resultat är att signalerna för MRT ser ut som att de borde kunna ses lättare i experiment än vi tidigare trott."


    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com