Dans un couloir du laboratoire de physique des plasmas de Princeton (PPPL) du département américain de l'Énergie (DOE), des scientifiques étudient le fonctionnement d'une machine dans une pièce remplie de fils et de composants métalliques. Les chercheurs cherchent à expliquer le comportement de vastes nuages ​​de poussière et d'autres matériaux qui encerclent les étoiles et les trous noirs et s'effondrent pour former des planètes et d'autres corps célestes.

De nouvelles découvertes rapportées dans Examen physique E approfondir la compréhension d'une machine connue sous le nom d'expérience d'instabilité magnétorotationnelle (IRM), qui porte son nom et nous rapproche de la détection de la source de l'instabilité qui provoque l'effondrement du matériau dans de tels corps. Le phénomène a longtemps été conjecturé mais n'a jamais définitivement démontré son existence.

Les résultats de l'expérience PPPL se concentrent sur l'effet des embouts en cuivre qui forment des limites artificielles à la place de la gravité naturelle sur le haut et le bas du récipient principal de la machine du laboratoire. L'appareil abrite deux cylindres d'emboîtement avec l'espace entre eux rempli d'un alliage de métal liquide connu sous le nom de Galinstan.

"Nous essayons de recréer les conditions trouvées dans l'espace extra-atmosphérique en laboratoire, mais nous devons faire face à ces embouts, " dit Kyle Caspary, physicien du PPPL, auteur principal de l'article. "Pour les traiter et découvrir l'IRM dans notre appareil, nous devons bien comprendre les effets des limites d'extrémité. Si nous pouvons mieux comprendre cette couche, nous pourrions faire fonctionner la machine d'une manière qui nous permettrait de discerner les fluctuations que nous voyons de l'IRM."

Les cylindres imbriqués tournent à des vitesses différentes, créant des régions du Galinstan qui tournent dans les cylindres à des vitesses différentes. Cette rotation imite les taux de rotation différentiels de la poussière et d'autres matériaux tourbillonnant dans ce qu'on appelle des disques d'accrétion autour d'objets cosmiques comme les étoiles et les trous noirs.

Au fur et à mesure que le liquide dans les cylindres emboîtés tourne, des instabilités apparaissent dans la région entre les deux cylindres, tout comme les tempêtes se développent entre différentes masses d'air. Les scientifiques du PPPL examinent ces fluctuations pour trouver des preuves de l'instabilité magnéto-rotative, on pense que la matière dans les disques d'accrétion s'effondre plus rapidement que ne le prévoient les modèles actuels.

"Les astrophysiciens ont émis l'hypothèse que s'il y avait des turbulences dans le flux de matière dans les disques d'accrétion, qui pourrait expliquer le décalage entre la théorie et l'observation, " a déclaré Erik Gilson, le physicien PPPL en charge de l'expérience IRM. "La turbulence conduirait à une plus grande viscosité du matériau en écoulement, et cela signifierait un taux d'accrétion plus élevé."

Alors que les embouts sont essentiels au fonctionnement de l'expérience IRM pour empêcher l'alliage liquide d'éclabousser, il n'y a pas d'extrémités dans l'espace. Comprendre précisément comment les embouts affectent le comportement du Galinstan permettrait donc aux scientifiques de traduire les données recueillies par l'expérience IRM sous une forme qui correspondrait à ce qui se passe dans la nature.

Les données recueillies par Caspary indiquent que les embouts en cuivre, qui conduisent l'électricité, semblent rendre certaines instabilités plus susceptibles de se produire. En outre, les embouts conducteurs font passer les instabilités d'une à plusieurs fréquences, comme des symphonies aux multiples lignes sonores. Les fréquences multiples sont la preuve que les embouts affectent les champs magnétiques dans le métal liquide. Cette interaction entre les extrémités et les champs magnétiques préserve la séparation des régions rapides et lentes du Galinstan.

Caspary et Gilson pensent maintenant qu'ils sont plus près de détecter l'instabilité magnéto-rotationnelle dans l'espace. « Nous avons obtenu des informations très utiles sur la façon dont les limites affectent la stabilité du flux, et quelques idées sur la façon dont nous pouvons modifier nos taux de rotation et comment nous pouvons faire tourner la machine pour éviter les instabilités, tout en restant dans un domaine où l'on peut retrouver l'IRM, " dit Caspary.