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

Vědci navrhují vzorky tekutých krystalů s vlastním pohonem

Nový výzkum ukazuje, že pohyb tekutých krystalů lze použít k nasměrování vývoje autonomních materiálů, které dokáží snímat vstupy, zesilovat signály a dokonce vypočítávat informace....

Činnosti v rizikových kruzích mozku mohou předpovídat změny cen akcií

Podle Společnost pro neurovědy 8. března 2021 Celý mozek potvrzuje, že aktivita v predikovaných oblastech předpovídá směr a skloňování ceny akcií. Nahoře, směr ceny akcií:...

Nenásytná poptávka po konopí vytváří obrovskou uhlíkovou stopu

Emise skleníkových plynů z životního cyklu pěstování konopí modelované v USA po celém světě Uznání: Hailey Summers / Colorado State University Vědci z Colorado State...

Hubble objevil nádhernou hvězdnou školku

po Evropská kosmická agentura / Hubble 8. března 2021 AFGL 5180, školka krásných hvězd v souhvězdí Blíženců (Gemini), byla zachycena Hubbleovým kosmickým dalekohledem. Poděkování: ESA /...

Biologové a matematici z MIT odhalují, jak se vajíčka tak zvětšují

Zasunuté ošetřovatelské buňky ovocných mušek vytlačují jejich obsah do velké vaječné buňky. Uznání: Jasmine Imran Elsus Růst vajec závisí na fyzikálních jevech, které brání...

Newsletter

Subscribe to stay updated.