Menjelajahi sumber bintang dan planet di laboratorium

Menjelajahi sumber bintang dan planet di laboratorium


Menjelajahi sumber bintang dan planet di laboratorium


Sebuah metode baru untuk memverifikasi penjelasan teoritis pembentukan bintang dan planet secara luas tetapi belum terbukti telah diusulkan oleh para peneliti di Laboratorium Fisika Plasma (PPPL) Princeton Departemen Energi AS (DOE). Metode tersebut berkembang dari simulasi Eksperimen Princeton Magnetorotational Instability (MRI), sebuah perangkat laboratorium unik yang bertujuan untuk mendemonstrasikan proses MRI yang diyakini telah mengisi kosmos dengan benda langit.

Debu kosmik

Perangkat baru, yang dirancang untuk menduplikasi proses yang menyebabkan awan debu kosmik dan plasma yang berputar-putar runtuh menjadi bintang dan planet, terdiri dari dua silinder konsentris berisi cairan yang berputar dengan kecepatan berbeda. Perangkat ini berusaha untuk mereplikasi ketidakstabilan yang dianggap menyebabkan awan yang berputar-putar secara bertahap melepaskan apa yang disebut momentum sudut dan runtuh ke dalam tubuh yang sedang tumbuh yang mereka orbit. Momentum seperti itu membuat Bumi dan planet lain tetap berada dalam orbitnya.

“Dalam simulasi kami, kami benar-benar dapat melihat MRI berkembang dalam eksperimen,” kata Himawan Winarto, seorang mahasiswa pascasarjana di Program Princeton dalam Fisika Plasma di PPPL dan penulis utama makalah di Review Fisik E yang melaporkan temuan. “Kami juga mengusulkan sistem diagnostik baru untuk mengukur MRI,” kata Winarto, yang minatnya pada subjek dimulai sebagai magang di University of Tokyo-Princeton University Partnership on Plasma Physics saat menjadi sarjana di Universitas Princeton.

Sistem yang disarankan akan mengukur kekuatan medan magnet radial, atau melingkar, yang dihasilkan oleh silinder dalam yang berputar dalam eksperimen. Karena kekuatan medan berkorelasi kuat dengan ketidakstabilan turbulen yang diharapkan, pengukuran dapat membantu menentukan sumber turbulensi.

“Tujuan keseluruhan kami adalah untuk menunjukkan kepada dunia bahwa kami telah melihat dengan jelas efek MRI di laboratorium,” kata fisikawan Erik Gilson, salah satu mentor Himawan dalam proyek tersebut dan salah satu penulis makalah. “Apa yang diusulkan Himawan adalah cara baru untuk melihat pengukuran kami untuk mendapatkan esensi MRI.”

Hasil yang mengejutkan

Simulasi telah menunjukkan hasil yang mengejutkan. Meskipun MRI biasanya dapat diamati hanya pada kecepatan putaran silinder yang cukup tinggi, temuan baru menunjukkan bahwa ketidakstabilan kemungkinan dapat dilihat dengan baik sebelum batas atas laju rotasi eksperimental tercapai. “Itu berarti kecepatan lebih mendekati kecepatan yang kita jalankan sekarang,” kata Winarto, “dan proyek dengan kecepatan rotasi yang harus kita tuju untuk melihat MRI.”

Tantangan utama untuk menemukan sumber MRI adalah adanya efek lain yang dapat bertindak seperti MRI tetapi sebenarnya bukan prosesnya. Yang menonjol di antara efek menipu ini adalah apa yang disebut ketidakstabilan Rayleigh yang memecah cairan menjadi paket yang lebih kecil, dan sirkulasi Ekman yang mengubah profil aliran fluida. Simulasi baru dengan jelas menunjukkan “bahwa MRI, daripada sirkulasi Ekman atau ketidakstabilan Rayleigh, mendominasi perilaku fluida di wilayah di mana MRI diharapkan,” kata Winarto.

Dengan demikian, temuan ini memberi cahaya baru pada pertumbuhan bintang dan planet yang menghuni alam semesta. “Simulasi sangat berguna untuk mengarahkan Anda ke arah yang benar untuk membantu menafsirkan beberapa hasil diagnostik eksperimen,” kata Gilson. “Apa yang kami lihat dari hasil ini adalah bahwa sinyal untuk MRI terlihat seperti seharusnya dapat dilihat dengan lebih mudah dalam eksperimen daripada yang kami duga sebelumnya.”

Pendanaan untuk pekerjaan ini berasal dari Kantor Ilmu Pengetahuan Departemen Energi AS; NASA; dan Pusat Max-Planck-Princeton untuk Fisika Plasma. Kolaboratornya termasuk fisikawan PPPL Fatima Ebrahimi dan Yin Wang; Hantao Ji, fisikawan PPPL dan profesor ilmu astrofisika di Universitas Princeton; dan Jeremy Goodman, profesor ilmu astrofisika di Universitas Princeton. Jean-Luc Guermond dari Texas A&M University menyediakan kode simulasi SFEMaNS yang digunakan secara luas di makalah.

PPPL, di Kampus Forrestal Universitas Princeton di Plainsboro, NJ, mengabdikan diri untuk menciptakan pengetahuan baru tentang fisika plasma – gas ultra-panas dan bermuatan – dan untuk mengembangkan solusi praktis untuk penciptaan energi fusi. Laboratorium ini dikelola oleh Universitas untuk Kantor Ilmu Pengetahuan Departemen Energi AS, yang merupakan pendukung terbesar penelitian dasar dalam ilmu fisika di Amerika Serikat dan bekerja untuk mengatasi beberapa tantangan paling mendesak di zaman kita. Untuk informasi lebih lanjut, kunjungi energy.gov/science.

Diposting Oleh : https://singaporeprize.co/

About the author