Výzkum zdroje hvězd a planet v laboratoři fyziky plazmatu

Fyzik Himawan Winarto s papírovými čísly za sebou. Fotografický kredit: koláž od Elle Starkman / PPPL Office of Communications

Vědci z Princetonské plazmové fyzikální laboratoře (DOE) amerického ministerstva energetiky (DOE) navrhli nový způsob testování rozšířeného, ​​ale neprokázaného, ​​teoretického vysvětlení toho, jak vznikají hvězdy a planety.PPPL). Metoda je založena na simulaci experimentu Princeton Magnetorotational Instability (MRI), jedinečného laboratorního zařízení navrženého k demonstraci procesu MRI, o kterém se předpokládá, že naplnil vesmír nebeskými tělesy.

Kosmický prach

Nové zařízení bylo navrženo tak, aby duplikovalo proces, který způsobuje vířící mraky kosmického prachu plazma Aby se zhroutil do hvězd a planet, skládá se ze dvou soustředných válců naplněných tekutinou, které se otáčejí různými rychlostmi. Zařízení se pokouší replikovat nestability, o nichž se věří, že způsobují vířící mraky, aby postupně ztrácely to, co je známé jako moment hybnosti, a zhroutily se do rostoucích těles, která je obíhají. Takový impuls drží Zemi a další planety pevně na svých oběžných drahách.

„V našich simulacích můžeme skutečně vidět, jak MRI funguje v experimentech,“ řekl Himawan Winarto, doktorand v programu Princeton Plasma Physics Program na PPPL a hlavní autor článku v Fyzikální vyšetření E. který uvádí výsledky. „Navrhujeme také nový diagnostický systém pro měření MRI,“ uvedl Winarto, jehož zájem o předmět začal jako stážista na tokijské univerzitě.Univerzita Princeton Partnerství fyziky plazmatu při studiu na Princetonské univerzitě.

Navrhovaný systém by měřil sílu radiálního nebo kruhového magnetického pole, které rotující vnitřní válec vytváří v experimentech. Jelikož síla pole silně koreluje s očekávanými turbulentními nestabilitami, mohla by měření pomoci lokalizovat zdroj turbulence.

„Naším celkovým cílem je ukázat světu, že jsme v laboratoři jasně viděli účinek MRI,“ řekl fyzik Erik Gilson, jeden z mentorů projektu Himawan a spoluautor článku. „To, co navrhuje Himawan, je nový způsob pohledu na naše měření k určení podstaty MRI.“

Překvapivé výsledky

Simulace ukázaly několik překvapivých výsledků. Zatímco MRI lze obvykle pozorovat pouze při dostatečně vysokých otáčkách válce, nová zjištění naznačují, že nestability budou pravděpodobně detekovatelné mnohem dříve, než bude dosaženo horní hranice experimentální rychlosti otáčení. „To znamená rychlosti, které se mnohem blíží rychlostem, které nyní používáme,“ řekl Winarto, „a promítly se do otáček, na které bychom se měli zaměřit, abychom viděli MRI.“

Klíčovou výzvou při identifikaci zdroje MRI je přítomnost dalších efektů, které mohou fungovat jako MRI, ale ve skutečnosti to není proces. Mezi tyto klamné účinky patří takzvané Rayleighovy nestability, které rozbíjejí kapaliny na menší balení, a Ekmanův oběh, který mění profil toku kapalin. Nové simulace jasně ukazují, že „namísto Ekmanova oběhu nebo Rayleighovy nestability dominuje magnetické rezonance v chování tekutin v oblasti, kde se MRI očekává,“ řekl Winarto.

Výsledky tak vrhly nové světlo na růst hvězd a planet, které obývají vesmír. „Simulace jsou velmi užitečné při nasměrování správným směrem a při interpretaci některých diagnostických výsledků experimentů,“ řekl Gilson. „Z těchto výsledků vidíme, že signály pro MRI vypadají, jako by měly být snáze viditelné v experimentech, než jsme si dříve mysleli.“

Odkaz: „Mapování parametrického prostoru Princetonova experimentu na magnetorotační nestabilitě“, autor: Himawan W. Winarto, Hantao Ji, Jeremy Goodman, Fatima Ebrahimi, Erik P. Gilson a Yin Wang, 24. srpna 2020, Fyzikální vyšetření E..
DOI: 10.1103 / PhysRevE.102.023113

Financování této práce poskytuje americké ministerstvo energetiky. NASA;; a Max Planck Princeton Center for Plasma Physics. Mezi pracovníky jsou fyzici PPPL Fatima Ebrahimi a Yin Wang; Hantao Ji, fyzik PPPL a profesor astrofyziky na Princetonské univerzitě; a Jeremy Goodman, profesor astrofyziky na Princetonské univerzitě. Jean-Luc Guermond z Texas A&M University poskytl simulační kód SFEMaNS, který byl v článku hojně používán.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Lipidy na membráně mozkových buněk jsou kvůli léčbě Alzheimerovy choroby většinou přehlíženy

Byly vytvořeny vazby mezi lipidovou nerovnováhou a onemocněním, kdy změny lipidů zvyšují tvorbu amyloidových plaků, což je rys Alzheimerovy choroby. Tato nerovnováha inspirovala...

Astrofyzici jsou překvapeni neočekávanými účinky černých děr mimo jejich vlastní galaxie

Umělecká kompozice supermasivní černé díry, která reguluje vývoj jejího prostředí. Autor obrázku: Gabriel Pérez Díaz, SMM (IAC) a Dylan Nelson (Illustris-TNG) Ve středu téměř každé...

Největší australský dinosaurus – jižní titán – právě vstoupil do knih rekordů!

Australotitan cooperensis, „Southern Titan of the Cooper“. Fotografický kredit: Vlad Konstantinov, Scott Hocknull © Eromanga Natural History Museum Co je to basketbalové hřiště tak...

„Paralelní reaktory“ na bázi fotonických krystalových vláken odhalují kolektivní analogie hmotných a solitárních molekul

A. Schéma paralelních optických solitonových reaktorů založené na dutině prstencového vláknového laseru s režimem blokování. Časová optomechanická (OM) mříž umožněná fotonickými krystalovými...

Drsná kůra, která se v noci ozývá, vede k objevení nových druhů

V lesích západní a střední Afriky se v noci ozývají hlasitá volání hybridů stromů - malých, býložravých savců, ale jejich zvuk se liší podle...

Newsletter

Subscribe to stay updated.