Em um corredor no Laboratório de Física de Plasma de Princeton (PPPL) do Departamento de Energia dos EUA (DOE), os cientistas estudam o funcionamento de uma máquina em uma sala cheia de fios e componentes de metal. Os pesquisadores procuram explicar o comportamento de vastas nuvens de poeira e outros materiais que circundam estrelas e buracos negros e colapsam para formar planetas e outros corpos celestes.

Novas descobertas relatadas em Revisão Física E aprofundar a compreensão de uma máquina conhecida como experimento de instabilidade magnetorotacional (MRI), que tem esse nome e nos aproxima de detectar a fonte da instabilidade que faz o material colapsar em tais corpos. O fenômeno foi conjecturado há muito tempo, mas nunca foi definitivamente demonstrado que existe.

Os resultados do experimento PPPL enfocam o efeito das tampas de cobre que formam limites artificiais no lugar da gravidade da natureza na parte superior e inferior do vaso principal da máquina do laboratório. O dispositivo abriga dois cilindros aninhados com o espaço entre eles preenchido com uma liga de metal líquido conhecida como Galinstan.

"Estamos tentando recriar as condições encontradas no espaço sideral no laboratório, mas temos que lidar com essas terminações, "diz o físico do PPPL Kyle Caspary, autor principal do artigo. “Para lidar com eles e descobrir a ressonância magnética em nosso aparelho, temos que entender completamente os efeitos dos limites do endcap. Se pudermos entender melhor esta camada, poderíamos operar a máquina de uma forma que nos permitisse discernir as flutuações que vemos na ressonância magnética. "

Os cilindros aninhados giram em velocidades diferentes, criando regiões de Galinstan que giram nos cilindros em taxas diferentes. Esta rotação imita as taxas de rotação diferencial de poeira e outros materiais girando nos chamados discos de acreção em torno de objetos cósmicos como estrelas e buracos negros.

Conforme o líquido nos cilindros aninhados gira, instabilidades surgem na região entre os dois cilindros, assim como as tempestades se desenvolvem entre diferentes massas de ar. Os cientistas do PPPL examinam essas flutuações para encontrar evidências da instabilidade magnetorotacional, que se acredita que causa o colapso da matéria nos discos de acreção mais rapidamente do que os modelos atuais prevêem.

"Os astrofísicos levantaram a hipótese de que, se houvesse turbulência no fluxo de material nos discos de acreção, que poderia explicar a discrepância entre teoria e observação, "disse Erik Gilson, o físico PPPL encarregado do experimento de ressonância magnética. "A turbulência levaria a uma maior viscosidade do material que flui, e isso significaria uma taxa de acréscimo mais alta. "

Embora as tampas das extremidades sejam essenciais para a operação do experimento de ressonância magnética para evitar que a liga líquida respingue, não há endcaps no espaço. Compreender precisamente como os endcaps afetam o comportamento do Galinstan permitiria, portanto, aos cientistas traduzir os dados coletados pelo experimento de ressonância magnética em uma forma que coincidisse com o que ocorre na natureza.

Os dados coletados pela Caspary indicam que as tampas de cobre, que conduzem eletricidade, parecem fazer certas instabilidades mais prováveis ​​de ocorrer. Além disso, as terminações condutoras fazem com que as instabilidades façam a transição de uma para muitas frequências, como sinfonias com múltiplas linhas de som. As múltiplas frequências são evidências de que as tampas de extremidade afetam os campos magnéticos no metal líquido. Essa interação entre os terminais e os campos magnéticos preserva a separação das regiões de movimento rápido e lento de Galinstan.

Caspary e Gilson agora sentem que estão mais perto de detectar a instabilidade magnetorrotacional no espaço. "Ganhamos alguns insights muito úteis sobre como os limites afetam a estabilidade do fluxo, e alguns insights sobre como podemos alterar nossas taxas de rotação e como podemos girar a máquina para evitar instabilidades, enquanto ainda estamos em um reino em que podemos encontrar a ressonância magnética, "Caspary disse.