Kosmos är ett tomrum prickat med stjärnor och ett ständigt ökande antal nyobserverade planeter bortom vårt solsystem. Än, hur dessa stjärnor och planeter bildades av moln av interstellärt damm och gas förblir mystiskt.

Studiet av svarta hål ger ledtrådar som kan hjälpa till att lösa detta mysterium. Svarta hål avbildas vanligtvis som dammsugare som suger upp allt närliggande material och ljus. Men i verkligheten, moln av damm och gas som kallas ackretionsskivor virvlar runt svarta hål, gradvis rör sig närmare och närmare tills de faller i de svarta hålen.

Forskare vid Princeton Plasma Physics Laboratory hjälpte till att verifiera en av de föreslagna modellerna för hur denna process fungerar. Deras arbete, stöds av NASA, National Science Foundation, energidepartementet, Simons Foundation, Institute for Advance Study och Kavli Institute for Theoretical Physics, kommer att presenteras vid American Physical Society Division of Plasma Physics -mötet i Portland, Malm.

Typiska föremål som kretsar kring en stjärna, som planeterna som går runt vår sol, fortsätter att kretsa i miljarder år eftersom deras vinkelmoment förblir oförändrat, hindrar dem från att falla inåt. Ett sådant systems vinkelmoment är en bevarad mängd - den förblir konstant om den inte påverkas av en annan kraft. Om av någon anledning, vinkelmomentet hos ett kretsande objekt minskar, den kan falla inåt mot stjärnan.

Till skillnad från isolerade planeter, kretsar materia i en tätare, mer trångt ackretionsskiva kan uppleva krafter, som friktion, som får den att tappa vinkelmoment. Sådana kollisioner, dock, är inte tillräckligt för att förklara hur snabbt materia måste falla inåt för att bilda planeter inom rimlig tid. Men den magnetorotationella instabiliteten, i vilka magnetiska krafter tar plats för kollisioner, kan ge en förklaring.

Forskare gjorde ett experiment som simulerade denna process med en unik roterande vattenfylld enhet. Video spelas in av en vattenfylld röd plastboll när den rör sig bort från enhetens mitt. En fjäder i experimentet ansluter bollen till en stolpe för att simulera magnetiska krafter. Positionsmätningar av bollen indikerar att beteendet hos dess vinkelmoment stämmer överens med vad som förväntas av den magnetorotationella instabiliteten.

Forskare genomför nu experiment med spinnande flytande metaller för att studera vad som händer på ackretionsskivor med faktiska magnetiska krafter närvarande. Experimenten bekräftar hur starkt magnetfältet påverkar metallen och banar väg mot en tydlig förståelse för vilken roll fälten spelar för ackumuleringsskivor. De kombinerade resultaten markerar ett betydande steg mot en mer fullständig förklaring av utvecklingen av himmelska kroppar.