„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.
