Un nuovo metodo per verificare una spiegazione teorica ampiamente diffusa ma non dimostrata della formazione di stelle e pianeti è stato proposto dai ricercatori del Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti. Il metodo nasce dalla simulazione dell'esperimento di Princeton Magnetorotational Instability (MRI), un dispositivo di laboratorio unico che mira a dimostrare il processo di risonanza magnetica che si ritiene abbia riempito il cosmo di corpi celesti.

polvere cosmica

Il nuovo dispositivo, progettato per duplicare il processo che provoca il collasso di nuvole vorticose di polvere cosmica e plasma in stelle e pianeti, è costituito da due cilindri concentrici riempiti di fluido che ruotano a velocità diverse. Il dispositivo cerca di replicare le instabilità che si pensa possano far sì che le nuvole vorticose perdano gradualmente quello che viene chiamato il loro momento angolare e collassino nei corpi in crescita intorno a cui orbitano. Tale slancio mantiene saldamente la Terra e gli altri pianeti nelle loro orbite.

"Nelle nostre simulazioni possiamo effettivamente vedere la risonanza magnetica svilupparsi negli esperimenti, " disse Himawan Winarto, uno studente laureato al Princeton Program in Plasma Physics presso PPPL e autore principale di un articolo in Revisione fisica E l'interesse per l'argomento è iniziato come stagista presso l'Università di Tokyo-Princeton University Partnership on Plasma Physics mentre era studente universitario presso l'Università di Princeton.

Il sistema suggerito misurerebbe la forza del radiale, o circolare, campo magnetico che il cilindro interno rotante genera negli esperimenti. Poiché la forza del campo è fortemente correlata alle instabilità turbolente previste, le misurazioni potrebbero aiutare a individuare la fonte della turbolenza.

"Il nostro obiettivo generale è mostrare al mondo che abbiamo visto inequivocabilmente l'effetto della risonanza magnetica in laboratorio, " ha detto il fisico Erik Gilson, uno dei mentori di Himawan sul progetto e coautore del documento. "Ciò che Himawan propone è un nuovo modo di guardare le nostre misurazioni per arrivare all'essenza della risonanza magnetica".

Risultati sorprendenti

Le simulazioni hanno mostrato alcuni risultati sorprendenti. Mentre la risonanza magnetica è normalmente osservabile solo a una velocità di rotazione del cilindro sufficientemente elevata, le nuove scoperte indicano che è probabile che le instabilità possano essere viste molto prima che venga raggiunto il limite superiore della velocità di rotazione sperimentale. "Ciò significa velocità molto più vicine ai tassi che stiamo correndo ora, "Winarto ha detto, "e proietta alla velocità di rotazione a cui dovremmo mirare per vedere la risonanza magnetica".

Una sfida chiave per individuare la fonte della risonanza magnetica è l'esistenza di altri effetti che possono agire come la risonanza magnetica ma non sono in realtà il processo. Tra questi effetti ingannevoli spiccano le cosiddette instabilità di Rayleigh che rompono i fluidi in pacchetti più piccoli, e la circolazione di Ekman che altera il profilo del flusso del fluido. Le nuove simulazioni indicano chiaramente "che la risonanza magnetica, piuttosto che la circolazione di Ekman o l'instabilità di Rayleigh, domina il comportamento dei fluidi nella regione in cui è prevista la risonanza magnetica, " disse Winarto.

I risultati gettano così nuova luce sulla crescita delle stelle e dei pianeti che popolano l'universo. "Le simulazioni sono molto utili per indirizzarti nella giusta direzione per aiutare a interpretare alcuni dei risultati diagnostici degli esperimenti, " Gilson ha detto. "Quello che vediamo da questi risultati è che i segnali per la risonanza magnetica sembrano essere in grado di essere visti più facilmente negli esperimenti di quanto avessimo pensato in precedenza".