Wirujące sekrety dysków gwiezdnych formujących planety

Naukowcy mają nadzieję, że dzięki lepszemu zrozumieniu natury gazów, dowiedzą się więcej o wzajemnej interakcji cząstek i ich koagulacji, której efektem końcowym jest formowanie się planet. Wyzwanie polega na stworzeniu właściwych modeli odpowiadających strukturze dysków, opisujących gęstości i temperatury zmieniające się wraz z odległością od gwiazdy.

Niezbędne są także założenia dotyczące siły istniejącego pola magnetycznego oraz struktury jonizacji dysku. Odkrycie, w którym miejscu temperatura może być zbyt niska, by usunąć elektrony z atomów i molekuł, ma duże znaczenie dla możliwości określenia miejsca, w którym turbulencja będzie gwałtowniejsza.

Wyzwanie, z jakim zmierzył się zespół projektu HALLDISCS (Hall dominated turbulence in protoplanetary discs), finansowanego przez UE, było związane z kwestią techniczną dotyczącą symulacji magnetohydrodynamicznych (MHD). Wykorzystywane dotychczas algorytmy nie były w stanie uchwycić natury efektu Halla.

W plazmach składających się z cząstek obojętnych, jonów i elektronów, różnica prędkości między dodatnio i ujemnie naładowanymi cząstkami wywołuje efekt Halla. Dodatkowo dyssypacja omowa wywoływana jest zderzeniami między elektronami i cząstkami obojętnymi, a dyfuzja ambipolarna — zderzeniami między jonami a cząstkami obojętnymi.

Zespół HALLDISCS wykonał symulacje 3D, które obejmowały wszystkie trzy niedoskonałe efekty MHD, aby zbadać rolę efektu Halla w dynamice gazów dysku. Efekt Halla ożywił "martwe" strefy, generując pole magnetyczne przy znacznym stresie poprzez płaszczyznę środkową dysku.

Zaobserwowano, że przepływ plazmy w płaszczyźnie środkowej był generalnie laminarny, co sugeruje, że prędkość, z jaką osadza się pył, jest wysoka. Wyniki te kwestionują dotychczasowe modele akrecji warstwowej i demonstrują, że efekt Halla musi najwyraźniej uzyskiwać jakościowo poprawne rezultaty.

Poprzez porównanie obserwacji z prognozami teoretycznymi, uczestnicy projektu HALLDISCS mają nadzieję, że w najbliższych latach uda im się zweryfikować wiedzę o akrecji dysków.