Турбулентност води до образуването на звезди

„От хидродинамична гледна точка акреционните дискове са доста стабилни, тъй като, според Кеплеровите закони за движение на планетите ъгловият момент расте от центъра към периферията”, разказва Франк Щефани от центъра „Хелмхолц” в Дрезден-Росендорф (Германия).

„За да се обяснят темповете на растеж на звездите и черните дупки, трябва да съществува механизъм, способен да дестабилизира въртящия се диск и в същото време да осигурява преместването на масата към центъра на диска, а ъгловия момент – към периферията.”

През 1959 г. Евгений Павлович Велихов предположил, че магнитни полета може да се създадат в стабилни въртящи се потоци турбулентност. Впоследствие тази идея е развита до магниторотационна неустойчивост* (МРН), която сега сме склонни да видим във всеки въртящ се поток проводима течност (в приложение към Космоса – не само течност).

Но ако се вярва на влиянието на този фактор върху образуването на звездите и ръста на черните дупки, то трябва да се обясни как при протозвездните облаци и акреционните дискове се появява макар и минимална проводимост.

Впрочем в т.нар. мъртви зони на протопланетните дискове и далечните краища на акреционните дискове около черните дупки, където проводимостта е много ниска, е трудно да се определи МРН, което породило бурни спорове в астрофизическите среди – има ли я, или я няма?

През 2005 г. Франк Щефани за първи път повторил с колегите си в лаборатория магниторотационен експеримент с течен метал, използвайки само вертикално ориентирано магнитно поле. То трябвало да бъде доста мощно, а скоростта на въртене – голяма. Но като добавили към вертикалното кръгово магнитно поле, учените успели да наблюдават същия ефект при значително по-малко магнитно поле и скорости на въртене.

Може да изглежда, че сценарият на такова „спираловидно” магнитно поле е способен да обясни появата на МРН в протопланетните и акреционните дискове, където, изглежда, не й е мястото заради слабостта на магнитното поле във втория случай и малките скорости на въртене – в първия.

В същото време астрофизиците подложили на съмнение подобен подход: МРН според тях нарушавала стабилността на дисковете само когато те сравнително рязко се „отрязвали” по краищата, тоест имали параметри на въртене, неудовлетворяващи Кеплеровите закони.

В отговор Олег Кирилов (също от центъра „Хелмхолц”) и Франк Щефани провели изчисления, в които показали, че спиралният магниторотационен ефект в значителна степен подхожда към въртящите се потоци с Кеплерови параметри, в случай че кръговото магнитно поле не се внася в диска изцяло отвън, а поне частично се формира вътре в акреционния диск.

Изглежда, това е къде по-реалистичен сценарий. Дори в случай че вертикално магнитно поле отсъства, ние се сблъскваме с проблема за кокошката и яйцето.

Когато възниква кръгово магнитно поле, то частично дестабилизира диска и възникващата в резултат турбулентност генерира компоненти на вертикално магнитно поле, а те, поради особеностите на въртеливото движение на диска, раждат допълнително кръгово магнитно поле.

И така, въпреки възгледите на астрофизиците, магниторотационна неустойчивост е напълно възможна в областите с ниска проводимост, такива като „мъртвите зони” на въртящите се дискове.

Очевидно, ако подобно явление е широко разпространено в реалните астрономични обекти, включително дискове и протозвездни облаци, тяхното влияние върху образуването на звездите и ръста на черните дупки трудно може да се надцени. Именно магниторотационната нестабилност може да провокира колапс на дисковете и свързаните с това процеси на формиране на звезди и други небесни тела.

Отчет за изследването е публикуван в сп. Physical Review Letters, а с кратката му версия можете да се запознаете тук.

Източник: HZDR

–––––

*Магниторотационна неустойчивост (МРН) – неустойчивост на проводяща течност, въртяща се в магнитно поле.