Me yasa ciki na tsarin hasken rana baya juyawa da sauri?

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A matéria em um disco de acreção deve perder momento angular ao se mover radialmente para dentro, mas como isso funciona há muito tempo é um mistério. O gás dentro dos discos espirala lentamente em direção à estrela.

Essa espiral interna faz com que a parte radialmente interna do disco gire mais rápido, de acordo com a lei de conservação do momento angular. A lei da conservação do momento angular afirma que o momento angular de um sistema permanece constante. O momento angular é proporcional à velocidade vezes o raio. Portanto, aumentar a velocidade de rotação é o único método para manter o momento angular se o raio do patinador diminuir devido ao puxão de seus braços.

Observações astronômicas mostram que a parte interna de um disco de acreção gira mais rápido. Curiosamente, porém, ele não gira tão rapidamente quanto previsto pela lei de conservação do momento angular. Ao longo dos anos, os cientistas investigaram várias explicações possíveis para o motivo pelo qual o momento angular do disco de acreção não é conservado.

Alguns levantaram a hipótese de que a região interna do disco de acreção diminuiria devido ao atrito entre as partes rotativas internas e externas. Os cálculos, no entanto, demonstram que os discos de acreção têm conflito interno insignificante. De acordo com a hipótese atual dominante, os campos magnéticos causam um fenômeno de “instabilidade magneto-rotacional” que resulta na produção de turbulência magnética e gás, diminuindo assim a velocidade de rotação do gás em espiral para dentro.

Paul Bellan, professor de física aplicada, disse, “Isso me preocupou. As pessoas sempre querem culpar a turbulência por fenômenos que não entendem. Há uma grande indústria caseira agora argumentando que a turbulência é responsável pela eliminação do momento angular nos discos de acreção.”

Quase 15 anos atrás, Bellan começou a investigar a questão analisando o trajetórias de átomos, elétrons e íons individuais no gás que constitui um disco de acreção. Ele queria determinar como as partículas individuais no gás se comportam após colidirem umas com as outras e seu movimento entre as colisões para ver se a perda de momento angular pode ser explicada sem invocar turbulência. anos em uma série de artigos – o comportamento fundamental das partes constituintes dos discos de acreção – partículas carregadas (isto é, elétrons e íons) são afetadas tanto pela gravidade quanto pelos campos magnéticos. Em contraste, os átomos neutros são afetados apenas pela gravidade. Essa diferença foi vital.

O estudante de pós-graduação da Caltech Yang Zhang disse: “Eu abordei Paul após a palestra, discutimos e finalmente decidimos que as simulações poderiam ser estendidas para partículas colidindo com partículas neutras em campos magnéticos e gravitacionais.”

Em última análise, Bellan e Zhang criaram um modelo de computador de um disco de acreção virtual superfino e giratório. O disco simulado continha cerca de 40.000 partículas neutras e cerca de 1.000 partículas carregadas que poderiam colidir umas com as outras, e o modelo também levou em consideração os efeitos da gravidade e do campo magnético.

Bellan disse, “Este modelo tinha a quantidade certa de detalhes para capturar todas as características essenciais porque era grande o suficiente para se comportar como trilhões ao colidir com partículas neutras, elétrons e íons orbitando uma estrela em um campo magnético.”

Uma análise cuidadosa da física subjacente no nível subatômico revela que o momento angular não é conservado no sentido clássico. No entanto, algo chamado “momento angular canônico” é de fato conservado. O momento angular canônico é a soma do momento angular ordinário inicial mais uma quantidade adicional que depende da carga de uma partícula e do campo magnético.

O momento angular canônico é desnecessariamente complicado porque o momento angular ordinário e canônico é idêntico para partículas neutras. No entanto, como a quantidade magnética adicionada é tão grande para partículas carregadas como cátions e elétrons, o momento angular canônico difere significativamente do momento angular comum.

O movimento para dentro dos íons e o movimento para fora dos elétrons , que são provocadas por colisões, aumentam o momento angular canônico, uma vez que os elétrons são negativos e os cátions são positivos. As colisões entre as partículas neutras e carregadas fazem com que as partículas neutras percam o momento angular e se desloquem para dentro, o que cancela o aumento da velocidade angular canônica das partículas carregadas.

Bellan disse, “É uma pequena distinção, mas faz uma enorme diferença em uma escala de todo o sistema solar. Essa contabilidade sutil satisfaz a lei de conservação do momento angular canônico para a soma de todas as partículas em todo o disco; apenas cerca de uma em um bilhão de partículas precisa ser carregada para explicar a perda observada de momento angular das partículas neutras.”

“Além disso, o movimento para dentro dos cátions e o movimento para fora dos elétrons faz com que o disco se torne algo como uma bateria gigantesca com um terminal positivo próximo ao centro do disco e um terminal negativo na borda do disco. Essa bateria conduziria correntes elétricas que fluíam para fora do disco tanto acima quanto abaixo do plano do disco. Essas correntes alimentariam jatos astrofísicos que saem do disco em ambas as direções ao longo do eixo do disco. De fato, os astrônomos observam jatos há mais de um século e são conhecidos por estarem associados a discos de acreção, embora a força por trás deles seja um mistério.”

Maganar jarida:

    1. O artigo de Bellan e Yang é intitulado “Neutral-charged-particle Collisions as the Mechanism for Accretion Disk Angular Momentum Transport” e foi publicado no Astrophysical Journal em 17 de maio. DOI: 10.3847/1538-4357/ac62d5

    Labarai masu alaka

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