O maciço, Núcleo agitado de líquidos condutores em estrelas e alguns planetas cria um dínamo que gera o campo magnético do corpo planetário. Os pesquisadores pretendem compreender melhor esses dínamos por meio de simulações de computador e recriando-os em laboratório usando latas de giro rápido, sódio líquido.

Uma nova simulação baseada no experimento de dínamo de von-Kármán-Sodium (VKS), administrado conjuntamente pela Comissão Francesa de Energia Atômica (CEA), o Centro Nacional de Pesquisa Científica (CNRS) e a École Normale Supérieure (ENS) de Paris e Lyon, dá uma olhada mais de perto em como o vórtice líquido criado pelo dispositivo gera um campo magnético. Os pesquisadores investigaram os efeitos da resistividade do fluido e turbulência na colimação do campo magnético, onde o vórtice se torna um fluxo focalizado. Eles relatam suas descobertas esta semana no jornal Física dos Plasmas , da AIP Publishing.

O estudo é o primeiro a examinar o fluxo dentro das lâminas de agitação em alta resolução, e pode oferecer maneiras de melhorar os dínamos de laboratório para que recriem com mais precisão as observações astronômicas estelares.

"Nós esperamos que, no futuro, podemos dar uma descrição melhor dos fluxos, "disse o autor principal Jacobo Varela, agora um pesquisador de pós-doutorado no Laboratório Nacional de Oak Ridge. "Usando esta abordagem, podemos começar a entender o dínamo que é observado nas estrelas. "

Os dínamos transformam a energia cinética em energia magnética, transformando a rotação de um fluido ou plasma eletricamente condutor em um campo magnético. No dínamo VKS, duas lâminas do impulsor em cada lado de um cilindro cheio de sódio líquido criam turbulência, que pode gerar o campo magnético.

Os mecanismos que criam esse campo, Contudo, são mal compreendidos. Outros pesquisadores realizaram simulações globais de dínamos de sódio, mas os modelos produziram resultados de baixa resolução. Esta pesquisa modela o fluxo em forma de vórtice dentro de uma pequena região próxima a um impulsor dentro do dínamo VKS.

“Os fluxos helicoidais entre as pás do impulsor colimam o fluxo que fortalece o campo magnético e gera o campo observado no dispositivo, "Disse Varela.

Os pesquisadores simplificaram a geometria do dispositivo e criaram simulações magnetohidrodinâmicas focadas para entender como a turbulência do fluxo e as características do material do dispositivo afetam a colimação do campo magnético.

"Descobrimos que quando você usa materiais ferromagnéticos magnetizados, há um aumento efetivo na colimação do campo magnético, resultando em um limiar de dínamo mais baixo, e isso é o que eles observaram no experimento, "Disse Varela.

Em contraste, usando materiais condutores na simulação de colimação de campo enfraquecida. Esta descoberta pode explicar porque os pesquisadores podem desencadear a ação do dínamo em experimentos VKS mais facilmente ao usar impulsores de ferro macio.

Os pesquisadores também analisaram seus resultados no contexto da teoria do dínamo de campo médio, que tenta explicar como estrelas e planetas sustentam seus campos magnéticos. Conforme a turbulência aumentou na simulação, o campo magnético mudou de um constante 1 para 1 com oscilações periódicas, como os observados em certas estrelas. O campo magnético do sol, por exemplo, muda de polaridade aproximadamente a cada 11 anos, que é um produto de sua turbulência e da velocidade de sua rotação.

Varela e seus colegas do CNRS continuam a desenvolver o modelo para refletir a geometria real do dispositivo. Eles planejam investigar parâmetros adicionais, como o formato da lâmina e o fundo do campo magnético, para que possam simular mais de perto o desempenho do dispositivo e testar maneiras de otimizar a máquina.

"A simulação que estamos realizando é apenas o primeiro passo, mas com o modelo que temos agora, podemos captar muito da física que eles observam no experimento com o dínamo VKS, "Disse Varela." Nossas observações e dados da máquina nos darão muito mais evidências do loop do dínamo em estrelas e outros objetos astronômicos. "