Hur har stjärnor och planeter utvecklats från molnen av damm och gas som en gång fyllde kosmos? Ett nytt experiment vid US Department of Energy's (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) har visat giltigheten av en utbredd teori som kallas "magnetorotational instabilitet, "eller MRT, som försöker förklara bildandet av himmelska kroppar.

Teorin säger att MR tillåter ackumuleringsskivor, moln av damm, gas, och plasma som virvlar runt växande stjärnor och planeter samt svarta hål, att falla in i dem. Enligt teorin, denna kollaps händer eftersom turbulent virvlande plasma, tekniskt känt som "Keplerian flöden, "växer gradvis instabilt inom en skiva. Instabiliteten orsakar vinkelmoment - processen som hindrar planeter från att kretsa i solen - att minska i inre delar av skivan, som sedan faller in i himlakroppar.

Till skillnad från kretsande planeter, frågan i täta och trånga ackretionsskivor kan uppleva krafter som friktion som gör att skivorna tappar vinkelmoment och dras in i föremålen som de virvlar runt. Dock, sådana krafter kan inte helt förklara hur snabbt materia måste falla in i större objekt för att planeter och stjärnor ska kunna bildas på en rimlig tid.

MRT-experiment

På PPPL, fysiker har simulerat den hypoteserade bredare processen i laboratoriets MR -experiment. Den unika enheten består av två koncentriska cylindrar som roterar med olika hastigheter. I detta experiment, forskare fyllde cylindrarna med vatten och fäste en vattenfylld plastkula bunden av en fjäder till en stolpe i mitten av enheten; den sträckande och böjande fjädern efterliknade de magnetiska krafterna i plasman vid ackretionsskivor. Forskare roterade sedan cylindrarna och filmade bollens beteende sett uppifrån och ner.

Resultaten, redovisas i Kommunikationsfysik , jämförde rörelserna hos den fjäderbundna bollen när den roterade med olika hastigheter. "Utan sträckning, ingenting händer med vinkelmomentet, "sa Hantao Ji, en professor i astrofysiska vetenskaper vid Princeton University och huvudforskare på MR och en medförfattare till uppsatsen. "Inget händer också om våren är för stark."

Dock, direktmätning av resultaten visade att när fjädringen var svag-analogt med magnetfältens tillstånd vid ackresionsskivor-var beteendet för bollens vinkelmoment i överensstämmelse med MR-förutsägelser om utvecklingen i en verklig ackumuleringsskiva. Fynden visade att den svagt bundna roterande bollen fick vinkelmoment och flyttade sig utåt under experimentet. Eftersom vinkelmomentet hos en roterande kropp måste bevaras, alla vinster i momentum måste matchas med en förlust av momentum i den inre delen, tillåter tyngdkraften att dra disken in i objektet som den har kretsat.