Come si sono sviluppate stelle e pianeti dalle nuvole di polvere e gas che un tempo riempivano il cosmo? Un nuovo esperimento presso il Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti ha dimostrato la validità di una teoria diffusa nota come "instabilità magneto-rotazionale, "o risonanza magnetica, che cerca di spiegare la formazione dei corpi celesti.

La teoria sostiene che la risonanza magnetica consente dischi di accrescimento, nuvole di polvere, gas, e plasma che vorticano intorno a stelle e pianeti in crescita e buchi neri, crollare in loro. Secondo la teoria, questo collasso avviene perché il turbolento plasma vorticoso, tecnicamente noti come "flussi kepleriani, " diventa gradualmente instabile all'interno di un disco. L'instabilità fa sì che il momento angolare - il processo che impedisce ai pianeti in orbita di essere attratti dal sole - diminuisca nelle sezioni interne del disco, che poi cadono nei corpi celesti.

A differenza dei pianeti orbitanti, la materia in dischi di accrescimento densi e affollati può subire forze come l'attrito che fa sì che i dischi perdano momento angolare e vengano trascinati negli oggetti attorno ai quali ruotano. Però, tali forze non possono spiegare completamente la velocità con cui la materia deve cadere in oggetti più grandi affinché i pianeti e le stelle si formino su una scala temporale ragionevole.

esperimento di risonanza magnetica

A PPPL, i fisici hanno simulato il processo più ampio ipotizzato nell'esperimento di risonanza magnetica del laboratorio. Il dispositivo unico è costituito da due cilindri concentrici che ruotano a velocità diverse. In questo esperimento, i ricercatori hanno riempito i cilindri con acqua e hanno attaccato una palla di plastica piena d'acqua legata da una molla a un palo al centro del dispositivo; la molla di allungamento e flessione imitava le forze magnetiche nel plasma nei dischi di accrescimento. I ricercatori hanno quindi ruotato i cilindri e registrato il comportamento della palla visto dall'alto verso il basso.

Le scoperte, segnalato in Fisica delle comunicazioni , confrontato i movimenti della sfera a molla durante la rotazione a velocità diverse. "Senza allungamento, non succede nulla al momento angolare, " disse Hantao Ji, un professore di scienze astrofisiche all'Università di Princeton e principale ricercatore sulla risonanza magnetica e coautore dell'articolo. "Nulla succede anche se la primavera è troppo forte."

Però, la misurazione diretta dei risultati ha rilevato che quando il legame della molla era debole, analogamente alla condizione dei campi magnetici nei dischi di accrescimento, il comportamento del momento angolare della palla era coerente con le previsioni della risonanza magnetica degli sviluppi in un vero disco di accrescimento. I risultati hanno mostrato che la sfera rotante debolmente legata ha guadagnato momento angolare e si è spostata verso l'esterno durante l'esperimento. Poiché il momento angolare di un corpo rotante deve essere conservato, qualsiasi aumento di slancio deve essere accompagnato da una perdita di slancio nella sezione interna, permettendo alla gravità di attirare il disco nell'oggetto che sta orbitando.