نیوزویز – اولین تحقق آزمایشگاهی نظریه طولانی مدت، اما هرگز تایید نشده در مورد شکل گیری گیج کننده سیارات، ستارگان و سیاهچاله های کلان پرجرم ناشی از چرخش مواد اطراف در آزمایشگاه فیزیک پلاسمای پرینستون وزارت انرژی ایالات متحده (DOE) انجام شده است. (PPPL). این تأیید پیشرفت بیش از 20 سال آزمایش را در PPPL، آزمایشگاه ملی اختصاص داده شده به مطالعه علم پلاسما و انرژی همجوشی، محدود می کند.
این معما به این دلیل به وجود می‌آید که ماده‌ای که به دور یک جسم مرکزی می‌چرخد، به دلیل به اصطلاح حفظ تکانه زاویه‌ای، که سیارات و حلقه‌های زحل را از مدارشان خارج نمی‌کند، فقط در آن سقوط نمی‌کند. این به این دلیل است که نیروی گریز از مرکز به سمت بیرون کشش گرانش به داخل ماده در حال گردش را متعادل می کند. با این حال، ابرهای غبار و پلاسما، به نام دیسک های برافزایشی، که به دور خود می چرخند و در اجرام آسمانی فرو می ریزند، این کار را به گونه ای انجام می دهند که با حفظ تکانه زاویه ای در تضاد است.
راه حل پازل
راه حل این معما، نظریه ای که به نام ناپایداری مغناطیسی چرخشی استاندارد (SMRI) شناخته می شود، اولین بار در سال 1991 توسط نظریه پردازان آن زمان دانشگاه ویرجینیا، استفن بالبوس و جان هاولی ارائه شد. آنها بر این واقعیت بنا شده اند که در سیالی که رسانای الکتریسیته است، خواه سیال پلاسما باشد یا فلز مایع، میدان های مغناطیسی مانند فنرهایی عمل می کنند که بخش های مختلف سیال را به هم متصل می کنند. این به امواج آلفون در همه جا، که به نام هانس آلفون، برنده جایزه نوبل نامگذاری شده است، اجازه می دهد تا نیروی رفت و برگشتی بین تکانه سیال در حال چرخش و الاستیسیته میدان مغناطیسی ایجاد کند و در نتیجه باعث انتقال سریع تکانه زاویه ای بین بخش های مختلف یک سیال شود. دیسک
تئوری SMRI می گوید که این ناپایداری قدرتمند پلاسما را به پیکربندی پایدارتر تغییر می دهد. این جابه‌جایی، تکانه زاویه‌ای حفظ‌کننده مدار را به سمت بیرون به سمت لبه دیسک هل می‌دهد و بخش‌های داخلی را آزاد می‌کند تا طی میلیون‌ها سال در اجرام آسمانی محصور شده فرو بریزند و سیارات و ستارگانی را ایجاد کنند که در شب بیرون می‌روند. این فرآیند به صورت عددی تأیید شده است اما قبلاً هرگز به صورت تجربی یا مشاهده ای نشان داده نشده است.
یینگ وانگ، فیزیکدان، نویسنده اصلی دو مقاله اخیر، گفت: «این تا به حال به صورت نظری باقی مانده است. یکی در سپتامبر در نامه های بازبینی فیزیکی (PRL) و الف ارتباطات طبیعت کاغذ در ماه اوت منتشر شد، که جزئیات تایید تجربی، عددی و نظری ترکیبی را شرح می دهد. آخرین نتایج به دست آمده از دستگاه جدید MRI که در آزمایشگاه ساخته شده است، وانگ گفت: “ما با موفقیت امضای SMRI را شناسایی کردیم.” نویسندگان مشترک این مقالات شامل فیزیکدانان اریک گیلسون و فاطمه ابراهیمی از PPPL هستند.
“خبر عالی”
استیون بالبوس، یکی از توسعه دهندگان تئوری، گفت: «این یک خبر عالی است. اکنون توانایی مطالعه این موضوع در آزمایشگاه پیشرفت شگفت انگیزی است، هم برای اخترفیزیک و هم برای حوزه مغناطیسی هیدرودینامیک به طور کلی.
دستگاه MRI، که در اصل توسط فیزیکدانان هانتائو جی از PPPL و جرمی گودمن از پرینستون، هر دو نویسنده مشترک این مقالات، طراحی شده است، از دو استوانه متحدالمرکز تشکیل شده است که با سرعت های مختلف می چرخند و جریانی را ایجاد می کنند که یک دیسک برافزایشی در حال چرخش را تقلید می کند. در این آزمایش گالینستان، یک آلیاژ فلز مایع، محصور در یک میدان مغناطیسی چرخید. درپوش هایی که بالا و پایین سیلندرها را می بندند با سرعت متوسطی می چرخند که به اثر آزمایشی می افزاید.
فیزیکدانان اکنون در حال برنامه ریزی مطالعات تجربی و عددی جدید برای توصیف بیشتر SMRI گزارش شده هستند. یک مطالعه با اندازه گیری سرعت چرخش فلز مایع همراه با بزرگی میدان مغناطیسی و همبستگی بین آنها، تغییر مهم به سمت بیرون در تکانه زاویه ای را آزمایش می کند.
وانگ گفت: “این تحقیق به زمینه نوظهور اخترفیزیک آزمایشگاهی بین رشته ای کمک خواهد کرد.” آنها نشان می‌دهند که چگونه می‌توان اخترفیزیک را در آزمایشگاه‌ها انجام داد تا به حل مشکلاتی کمک کند که تلسکوپ‌های فضایی و مأموریت‌های ماهواره‌ای به تنهایی نمی‌توانند با آنها مقابله کنند، که یک دستاورد بزرگ برای تحقیقات آزمایشگاهی است.
حمایت از این پیشرفت توسط ناسا، DOE و بنیاد ملی علوم (NSF) به عنوان پروژه مشترک دپارتمان علوم اخترفیزیک پرینستون و PPPL صورت گرفت. این تحقیق در طول سال‌ها از حمایت NSF و DOE برای همکاری بین مرکز NSF Physics Frontier برای خودسازمان‌دهی مغناطیسی و مرکز Max-Planck Princeton برای فیوژن و فیزیک پلاسما اختر بهره برده است.
PPPL، در پردیس Forrestal دانشگاه پرینستون در Plainsboro، نیوجرسی، به ایجاد دانش جدید در مورد فیزیک پلاسما – گازهای فوق داغ و باردار – و توسعه راه حل های عملی برای ایجاد انرژی از همجوشی اختصاص دارد. این آزمایشگاه توسط دفتر علوم دانشگاه در وزارت انرژی ایالات متحده مدیریت می شود، که بزرگترین حامی تحقیقات پایه در علوم فیزیکی در ایالات متحده است و برای رسیدگی به برخی از مهم ترین چالش های زمان ما کار می کند. برای اطلاعات بیشتر مراجعه کنید https://energy.gov/science
