Al final de un pasillo en el Laboratorio de Física del Plasma de Princeton (PPPL) del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE), Los científicos estudian el funcionamiento de una máquina en una habitación llena de cables y componentes metálicos. Los investigadores buscan explicar el comportamiento de vastas nubes de polvo y otros materiales que rodean estrellas y agujeros negros y colapsan para formar planetas y otros cuerpos celestes.

Nuevos hallazgos reportados en Revisión física E ampliar la comprensión de una máquina conocida como el experimento de inestabilidad magnetorrotacional (IRM), que lleva el nombre y nos acerca a la detección de la fuente de la inestabilidad que hace que el material colapse en tales cuerpos. El fenómeno se ha conjeturado durante mucho tiempo, pero nunca se ha demostrado definitivamente que exista.

Los resultados del experimento PPPL se centran en el efecto de las tapas de cobre que forman límites artificiales en lugar de la gravedad de la naturaleza en la parte superior e inferior del recipiente principal de la máquina del laboratorio. El dispositivo alberga dos cilindros de anidación con el espacio entre ellos lleno de una aleación de metal líquido conocida como Galinstan.

"Estamos tratando de recrear las condiciones que se encuentran en el espacio exterior en el laboratorio, pero tenemos que lidiar con estos extremos, "dice el físico de PPPL Kyle Caspary, autor principal del artículo. "Para tratar con ellos y descubrir la resonancia magnética en nuestro aparato, tenemos que comprender completamente los efectos de los límites de los extremos. Si podemos entender mejor esta capa, podríamos operar la máquina de una manera que nos permitiera discernir las fluctuaciones que vemos en la resonancia magnética ".

Los cilindros anidados giran a diferentes velocidades, creando regiones de Galinstan que giran en los cilindros a diferentes ritmos. Esta rotación imita las tasas de rotación diferenciales del polvo y otros materiales que se arremolinan en los llamados discos de acreción alrededor de objetos cósmicos como estrellas y agujeros negros.

Mientras el líquido en los cilindros anidados gira, surgen inestabilidades en la región entre los dos cilindros, al igual que las tormentas se desarrollan entre diferentes masas de aire. Los científicos de PPPL escudriñan estas fluctuaciones para encontrar evidencia de la inestabilidad magnetorrotacional, que se cree que hace que la materia en los discos de acreción colapse más rápidamente de lo que predicen los modelos actuales.

"Los astrofísicos han planteado la hipótesis de que si hubiera turbulencias en el flujo de material en los discos de acreción, que podría explicar la discrepancia entre teoría y observación, "dijo Erik Gilson, el físico de PPPL a cargo del experimento de resonancia magnética. "La turbulencia conduciría a una mayor viscosidad del material que fluye, y eso significaría una mayor tasa de acreción ".

Si bien las tapas terminales son esenciales para el funcionamiento del experimento de resonancia magnética para evitar que la aleación líquida salpique, no hay tapones en el espacio. Por lo tanto, comprender con precisión cómo las tapas terminales afectan el comportamiento del Galinstan permitiría a los científicos traducir los datos recopilados por el experimento de resonancia magnética en una forma que coincidiera con lo que ocurre en la naturaleza.

Los datos recopilados por Caspary indican que las tapas de cobre, que conducen la electricidad, parecen aumentar la probabilidad de que se produzcan ciertas inestabilidades. Además, las tapas de los extremos conductores hacen que las inestabilidades pasen de una a muchas frecuencias, como sinfonías con múltiples líneas de sonido. Las múltiples frecuencias son evidencia de que las tapas de los extremos afectan los campos magnéticos en el metal líquido. Esa interacción entre las tapas de los extremos y los campos magnéticos preserva la separación de las regiones de movimiento rápido y lento de Galinstan.

Caspary y Gilson ahora sienten que están más cerca de detectar la inestabilidad magnetorrotacional en el espacio. "Obtuvimos información muy útil sobre cómo los límites afectan la estabilidad del flujo, y algunas ideas sobre cómo podemos cambiar nuestras tasas de rotación y cómo podemos hacer girar la máquina para evitar inestabilidades, mientras todavía estamos en un ámbito en el que podemos encontrar la resonancia magnética, "Dijo Caspary.