Лабораторное моделирование экваториальной аккреции в молодых звездах

Ученые из ИПФ РАН впервые экспериментально подтвердили новый способ аккреции в протозвездах – экваториальную аккрецию. Протозвезды – это молодые звездные объекты (более чем в 1000 раз моложе Солнца), которые наращивают свою массу в результате аккреции, т.е. падения на них вещества из окружающего аккреционного диска. Исследования протозвезд необходимы, чтобы понять, как развивались наше Солнце и солнечная система, а также понять процесс образования планет из аккреционного диска. Однако даже при современном технологическом уровне из-за значительной отдаленности и компактности молодых звездных объектов наблюдать аккрецию с нужным разрешением невозможно. В результате для построения корректных теоретических и численных моделей аккреции требуется проведение лабораторных экспериментов, моделирующих структуру и динамику плазменных потоков в окрестности молодых звезд.

Коллектив ученых из ИПФ РАН в коллаборации с коллегами из Эколь Политекник (Франция) экспериментально подтвердил новый механизм аккреции, оспаривающий устоявшуюся модель, в которой потоки плазмы движутся вдоль силовых линий магнитного поля протозвезды и аккреция вещества происходит в ее полярных регионах. Авторы показали, что возможно эффективное проникновение аккреционного вещества (плазмы) в магнитосферу звезды в экваториальной плоскости в результате развития магнитной неустойчивости Рэлея-Тейлора (аналог гидродинамической неустойчивости Рэлея-Тейлора в жидкостях с неоднородной плотностью), под действием которой плазменный поток расслаивается и прорывается сквозь магнитное поле в виде так называемых «языков» (см. рисунок). Данный эффект продемонстрирован в экспериментах на двух установках ИПФ РАН – PEARL и Крот, в которых напряженность магнитного поля, а также скорость и плотность плазменных потоков отличались на несколько порядков. Уникальность полученных результатов заключается в том, что в экспериментах впервые удалось сформировать настолько широкий и однородный плазменный поток, чтобы пронаблюдать развитие магнитной неустойчивости Рэлея-Тейлора. Авторы провели полноценное масштабирование лабораторной системы к астрофизической, теоретический анализ неустойчивости и масштабное численное моделирование с помощью PIC кода AKA (Sladkov et al. Journal of Physics: Conference Series, 2020. v.1640, 012011).

Новый сценарий позволяет объяснить высокий темп аккреции в молодых звездных системах, а также природу наблюдающихся вспышек светимости в некоторых типах протозвезд, звезд типа EXor. Представленные экспериментальные результаты дают новые возможности для валидации численных моделей, которые используются для исследования протозвезд.

Авторский коллектив:

К.Ф. Бурдонов, А.А. Соловьев, Р.С. Земсков, М.В. Стародубцев, М.Е. Гущин, С.В. Коробков, А.В. Стриковский, И.Ю. Зудин, Н.А. Айдакина, В.И. Гундорин, А.В. Коржиманов, А.Д. Сладков, Г.А. Лучинин, М.Ю. Глявин, В.Н. Гинзбург, А.А. Кочетков, А.А. Кузьмин, А.А. Шайкин, И.А. Шайкин, И.В. Яковлев, Е.А. Хазанов (ИПФ РАН), W. Yao, J. Fuchs (Ecole Polytechnique, Франция)

Результаты работы опубликованы в статьях:

1. Burdonov K. et al. Inferring possible magnetic field strength of accreting inflows in EXor-type objects from scaled laboratory experiments //Astronomy & Astrophysics. – 2021. – Т. 648. – С. A81. https://doi.org/10.1051/0004-6361/202040036
2. Burdonov K. et al. Laboratory modelling of equatorial ‘tongue’ accretion channels in young stellar objects caused by the Rayleigh-Taylor instability //Astronomy and Astrophysics-A&A. – 2022. – Т. 657. – С. A112. https://doi.org/10.1051/0004-6361/202140997
3. Соловьёв А.А. и др. Экспериментальное исследование взаимодействия потока лазерной плазмы с поперечным магнитным полем //Известия высших учебных заведений. Радиофизика. – 2020. – Т. 63. – №. 11. – С. 973-984.

Роман Земсков, младший научный сотрудник ИПФ РАН

Информация и фото предоставлены пресс-службой ИПФ РАН

Источник фото: ИПФ РАН