Une nouvelle méthode pour vérifier une explication théorique largement répandue mais non prouvée de la formation des étoiles et des planètes a été proposée par des chercheurs du laboratoire de physique des plasmas de Princeton (PPPL) du département américain de l'Énergie (DOE). La méthode se développe à partir de la simulation de l'expérience d'instabilité magnétorotationnelle (IRM) de Princeton, un appareil de laboratoire unique qui vise à démontrer le processus d'IRM qui aurait rempli le cosmos de corps célestes.

Poussière cosmique

Le nouvel appareil, conçu pour reproduire le processus qui provoque l'effondrement des nuages ​​tourbillonnants de poussière cosmique et de plasma en étoiles et en planètes, se compose de deux cylindres concentriques remplis de fluide qui tournent à des vitesses différentes. L'appareil cherche à reproduire les instabilités qui sont censées amener les nuages ​​tourbillonnants à se débarrasser progressivement de ce qu'on appelle leur moment angulaire et à s'effondrer dans les corps en croissance qu'ils orbitent. Un tel élan maintient fermement la Terre et les autres planètes dans leurs orbites.

"Dans nos simulations, nous pouvons réellement voir l'IRM se développer dans les expériences, " dit Himawan Winarto, un étudiant diplômé du programme de Princeton en physique des plasmas à PPPL et auteur principal d'un article en Examen physique E l'intérêt pour le sujet a commencé en tant que stagiaire dans le partenariat de l'Université de Tokyo-Université de Princeton sur la physique des plasmas alors qu'il était étudiant de premier cycle à l'Université de Princeton.

Le système suggéré mesurerait la force de la radiale, ou circulaire, champ magnétique que le cylindre interne en rotation génère dans les expériences. Étant donné que la force du champ est fortement corrélée avec les instabilités turbulentes attendues, les mesures pourraient aider à localiser la source de la turbulence.

"Notre objectif global est de montrer au monde que nous avons vu sans ambiguïté l'effet de l'IRM en laboratoire, " a déclaré le physicien Erik Gilson, l'un des mentors d'Himawan sur le projet et co-auteur de l'article. "Ce que Himawan propose, c'est une nouvelle façon d'examiner nos mesures pour comprendre l'essence de l'IRM."

Des résultats surprenants

Les simulations ont montré des résultats surprenants. Alors que l'IRM n'est normalement observable qu'à une vitesse de rotation du cylindre suffisamment élevée, les nouvelles découvertes indiquent que les instabilités peuvent probablement être observées bien avant que la limite supérieure du taux de rotation expérimental ne soit atteinte. "Cela signifie des vitesses beaucoup plus proches des taux que nous appliquons actuellement, " Winarto a dit, "et se projette à la vitesse de rotation que nous devrions viser pour voir l'IRM."

Un défi clé pour repérer la source de l'IRM est l'existence d'autres effets qui peuvent agir comme l'IRM mais ne sont pas en fait le processus. Parmi ces effets trompeurs, il y a ce qu'on appelle les instabilités de Rayleigh qui décomposent les fluides en paquets plus petits, et la circulation d'Ekman qui modifie le profil de l'écoulement du fluide. Les nouvelles simulations indiquent clairement « que l'IRM, plutôt que la circulation d'Ekman ou l'instabilité de Rayleigh, domine le comportement des fluides dans la région où l'IRM est attendue, " dit Winarto.

Les découvertes jettent ainsi un nouvel éclairage sur la croissance des étoiles et des planètes qui peuplent l'univers. "Les simulations sont très utiles pour vous orienter dans la bonne direction pour aider à interpréter certains des résultats de diagnostic des expériences, " a déclaré Gilson. " Ce que nous voyons à partir de ces résultats, c'est que les signaux de l'IRM semblent pouvoir être vus plus facilement dans les expériences que nous ne l'avions pensé auparavant. "