Nedför en korridor i US Department of Energy's (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL), forskare studerar hur en maskin fungerar i ett rum fyllt med trådar och metallkomponenter. Forskarna försöker förklara beteendet hos stora moln av damm och annat material som omger stjärnor och svarta hål och kollapsar för att bilda planeter och andra himlakroppar.

Nya fynd rapporterade i Fysisk granskning E ytterligare förståelse av en maskin som kallas magnetorotational instability (MRI) experimentet, som är uppkallad efter och för oss närmare att upptäcka källan till den instabilitet som får materialet att kollapsa i sådana kroppar. Fenomenet har länge varit gissat men aldrig definitivt visat sig existera.

Resultaten av PPPL -experimentet fokuserar på effekten av kopparkoppar som bildar konstgjorda gränser i stället för naturens tyngdkraft på toppen och botten av huvudkärlet i laboratoriets maskin. Enheten rymmer två häckcylindrar med utrymmet mellan dem fyllda med en flytande metalllegering känd som Galinstan.

"Vi försöker återskapa förhållandena som finns i yttre rymden i laboratoriet, men vi måste ta itu med dessa slutkapslar, "säger PPPL -fysikern Kyle Caspary, huvudförfattare till tidningen. "För att hantera dem och upptäcka MR i vår apparat, vi måste fullt ut förstå effekterna av gränsvärdena för slutkapslarna. Om vi ​​kan förstå detta lager bättre, vi skulle kunna använda maskinen på ett sätt som gör att vi kan urskilja de fluktuationer som vi ser från MRI. "

De kapslade cylindrarna roterar med olika hastigheter, skapa regioner i Galinstan som roterar i cylindrarna med olika hastigheter. Denna rotation efterliknar differentialrotationshastigheten för damm och annat material som virvlar runt i så kallade ackretionsskivor runt kosmiska föremål som stjärnor och svarta hål.

När vätskan i de kapslade cylindrarna vänder, instabilitet uppstår i området mellan de två cylindrarna, precis som stormar utvecklas mellan olika luftmassor. PPPL -forskare granskar dessa fluktuationer för att hitta bevis på magnetorotationell instabilitet, vilket antas orsaka att ämnet i ackrediteringsskivor kollapsar snabbare än nuvarande modeller förutspår.

"Astrofysiker har antagit att om det fanns turbulens i materialflödet på ackresionsskivor, som kan förklara skillnaden mellan teori och observation, sa Erik Gilson, PPPL -fysikern som ansvarar för MR -experimentet. "Turbulens skulle leda till en större viskositet av flytande material, och det skulle innebära en högre ackumuleringsgrad. "

Även om ändlock är avgörande för att MRI -experimentet ska fungera för att förhindra att vätskelegeringen sprutar ut, det finns inga ändlock i rymden. Att förstå exakt hur ändkåporna påverkar Galinstans beteende skulle därför låta forskare översätta data som samlats in av MR -experimentet till en form som matchar vad som händer i naturen.

Uppgifterna som samlats in av Caspary indikerar att kopparkopparna, som leder elektricitet, verkar göra vissa instabiliteter mer sannolikt att inträffa. Dessutom, de ledande ändkåporna får instabiliteten att övergå från en till många frekvenser, som symfonier med flera ljudlinjer. De multipla frekvenserna är bevis på att ändkåporna påverkar magnetfälten i den flytande metallen. Denna interaktion mellan ändkåporna och magnetfälten bevarar separationen mellan Galinstans snabba och långsamma områden.

Caspary och Gilson känner nu att de är närmare att upptäcka magnetorotationell instabilitet i rymden. "Vi fick mycket användbara insikter om hur gränserna påverkar flödets stabilitet, och några insikter om hur vi kan ändra våra rotationshastigheter och hur vi kan snurra maskinen för att undvika instabilitet, medan vi fortfarande befinner oss i ett område där vi kan hitta MR, "Sa Caspary.