Ученые раскрыли механизм формирования планет
В своем недавнем эксперименте сотрудники Лаборатории физики плазмы Принстонского университета (PPPL) сделали важный шаг к разгадке механизма образования планет в космосе. Ученые использовали устройство, состоящее из двух вложенных один в другой вращающихся цилиндров, чтобы смоделировать поведение плазмы — проводящей жидкости, аналогичной той, что встречается в аккреционных дисках вокруг звезд и черных дыр. Эти диски состоят из материи, которая вращается вокруг массивных небесных тел, и играют ключевую роль в формировании планет. Эксперимент показал, что частицы в таких дисках начинают перемещаться к центру и в конечном итоге слипаться, образуя планеты из-за особого вида колебаний — так называемой неосевой магнитороторальной неустойчивости (MRI).
Ранее считалось, что подобные колебания возникают в результате взаимодействия магнитных и гравитационных полей. Однако новые данные показали: гораздо легче вызвать такую неустойчивость между двумя потоками жидкости, которые движутся с разной скоростью — в так называемом слое свободного сдвига. Это открытие меняет существующие представления об условиях, необходимых для формирования планет, и указывает на то, что подобные процессы могут быть гораздо более распространены во Вселенной, чем предполагалось ранее. По словам автора работы Инь Вана, научного сотрудника PPPL, выводы ученых существенно расширяют понимание механизмов формирования планетарных систем.
Новая работа стала продолжением предыдущих исследований, в ходе которых ученые впервые наблюдали поведение плазмы в лабораторных условиях, воспроизводящих структуру аккреционного диска. Тогда в установке MRI использовался галинстан — смесь жидких металлов галлия, индия и олова, которая и вращалась между цилиндрами. На эту систему накладывалось магнитное поле, и благодаря ему ученые зафиксировали признаки MRI — процесса, при котором магнитные линии поля скручиваются и пронизывают слой свободного сдвига, вызывая рост нестабильностей и перераспределение частиц.
Компьютерное моделирование, выполненное с помощью программ SFEMaNS и Dedalus, подтвердило результаты экспериментов и позволило глубже понять природу наблюдаемых явлений. В частности, было установлено, что MRI вызывает ускорение внешних частиц и замедление внутренних. Внешние частицы могут отрываться от аккреционного диска и улетать в космос, а внутренние — наоборот, приближаться к центру системы, где из них и формируются будущие планеты. Этот эффект напоминает турбулентность — подобную той, что создается самолетом, пролетающим сквозь облако, —, но дополнительно усложненную влиянием магнитного поля.
Как отмечает соавтор работы Фатима Эбрахими, новое понимание природы неосевых колебаний в слоях свободного сдвига открывает совершенно новые горизонты для изучения эволюции космических объектов и происхождения планет во Вселенной. Кстати, ранее ученые разгадали еще одну тайну: они выяснили, откуда на нашей планете появились океаны.
