El cosmos es un vacío salpicado de estrellas y un número cada vez mayor de planetas recién observados más allá de nuestro sistema solar. Todavía, La forma en que estas estrellas y planetas se formaron a partir de nubes de gas y polvo interestelar sigue siendo un misterio.

El estudio de los agujeros negros proporciona pistas que podrían ayudar a resolver este misterio. Los agujeros negros se representan típicamente como aspiradoras que aspiran toda la materia y la luz cercanas. Pero en la realidad, nubes de polvo y gas llamadas discos de acreción se arremolinan alrededor de los agujeros negros, acercándose gradualmente hasta que caen en los agujeros negros.

Los investigadores del Laboratorio de Física del Plasma de Princeton ayudaron a verificar uno de los modelos propuestos sobre cómo funciona este proceso. Su trabajo, apoyado por la NASA, la Fundación Nacional de Ciencias, el Departamento de Energía, la Fundación Simons, el Instituto de Estudios Avanzados y el Instituto Kavli de Física Teórica, se presentará en la reunión de la División de Física del Plasma de la Sociedad Estadounidense de Física en Portland, Mineral.

Objetos típicos que orbitan alrededor de una estrella, como los planetas que giran alrededor de nuestro sol, continúan orbitando durante miles de millones de años porque su momento angular permanece sin cambios, evitando que caigan hacia adentro. El momento angular de un sistema de este tipo es una cantidad conservada:permanece constante a menos que otra fuerza actúe sobre él. Si por alguna razón el momento angular de un objeto en órbita disminuye, puede caer hacia adentro hacia la estrella.

A diferencia de los planetas aislados, orbitando la materia de una manera más densa, El disco de acreción más abarrotado puede experimentar fuerzas, como la fricción, que hacen que pierda momento angular. Tales colisiones sin embargo, no son suficientes para explicar la rapidez con la que la materia debe caer hacia adentro para formar planetas en un tiempo razonable. Pero la inestabilidad magnetorrotacional, en el que las fuerzas magnéticas toman el lugar de las colisiones, puede proporcionar una explicación.

Los investigadores hicieron un experimento que simulaba este proceso utilizando un dispositivo giratorio lleno de agua único. Se graba un video de una bola de plástico roja llena de agua mientras se aleja del centro del dispositivo. Un resorte en el experimento conecta la pelota a un poste para simular fuerzas magnéticas. Las mediciones de posición de la pelota indican que el comportamiento de su momento angular es consistente con lo que se espera de la inestabilidad magnetorrotacional.

Los investigadores ahora están llevando a cabo experimentos utilizando metales líquidos giratorios para estudiar lo que sucede en los discos de acreción con fuerzas magnéticas reales presentes. Los experimentos confirman la fuerza con la que el campo magnético afecta al metal y allanan el camino hacia una comprensión clara del papel que juegan los campos en los discos de acreción. Los resultados combinados marcan un paso significativo hacia una explicación más completa del desarrollo de los cuerpos celestes.