Модель образования планет и звезд испытали в лаборатории

Космос — это пустота, усеянная бесчисленными звездами и планетами за пределами Солнечной системы. Однако как именно эти звезды и планеты сформировались из облаков межзвездного газа и пыли, до сих пор загадка.

Изучение черных дыр дает подсказки, которые могут разрешить эту тайну. Чаще всего черные дыры изображаются как своего рода космические пылесосы, затягивающие в себя все вещество и свет поблизости. Но в реальности облака пыли и газа, называемые аккреционными дисками, вращаются вокруг черных дыр, постепенно перемещаясь все ближе и ближе к ним, пока в итоге в них не упадут.

Исследователи из Принстонской лаборатории плазменной физики помогли подтвердить одну из предполагаемых моделей того, как устроен этот процесс. Их работа, поддерживаемая NASA, Национальным научным фондом, Министерством энергетики США, Фондом Саймонса, Институтом перспективных исследований и Институтом теоретической физики имени Кавли, будет представлена на встрече отделения плазменной физики Американского физического сообщества в Портленде, штат Орегон.

Типичные объекты, обращающиеся вокруг звезды — как планеты нашей системы вокруг Солнца, — продолжают свое движение миллиарды лет, так как их угловой момент остается неизменным, что и удерживает их от падения на звезду. Такой угловой момент системы — сохраняющаяся величина; он остается неизменным, только если на него не подействует сила извне. Если по какой-то причине угловой момент двигающегося по орбите объекта уменьшится, тот может начать падать на звезду.

В отличие от изолированных планет, двигающееся по орбите вещество в более плотном аккреционном диске может испытывать такие эффекты, как трение, из-за которого может уменьшиться его угловой момент. Таких столкновений, однако, недостаточно, чтобы объяснить, как быстро вещество должно падать по направлению к центральному объекту системы, чтобы в разумные сроки успеть образовать планеты. Здесь может помочь магнитовращательная неустойчивость.

Исследователи провели эксперимент, в котором воссоздали процесс при помощи вращающегося устройства, наполненного водой. Так, красный пластиковый шарик, заполненный водой, двигался по направлению к центру устройства. Для симуляции магнитных сил в эксперименте использовали пружину, соединявшую шарик со столбом. Измерения позиции шарика показали, что поведение его углового момента соответствует тому, что ожидается от магнитовращательной неустойчивости.

Сейчас ученые проводят тесты, используя вращающиеся жидкие металлы, для изучения того, что происходит в аккреционном диске в присутствии реальных магнитных сил. Эксперименты подтверждают то, как сильное магнитное поле воздействует на металл, и дают более ясное понимание того, какую роль играют поля в аккреционных дисках. Совокупные результаты стали серьезным шагом к формированию более исчерпывающего объяснения развития небесных тел.