前所未有,科學家首次同時模擬了原行星盤的引力和磁性!

2020-12-05 老胡說科學

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螺旋密度波有效地放大了附近的磁場地球和太陽系的其他七大行星曾經與它們的衛星一起形成,它們是由圍繞太陽旋轉的巨大的氣體和塵埃組成的圓盤。科學家們相信,近幾十年來發現的數千顆太陽系外行星也一定發生了同樣的事情。為了獲得更深入的了解,天體物理學家使用計算機模擬來研究行星形成的過程,例如行星的質量增長和磁場的形成。這兩個過程——行星的形成和磁場的形成——一直是獨立的研究領域,並在不同的模型中進行模擬。但是現在,科學家已經成功地將兩個過程結合到一個模擬中。

實現科學夢想

在一個模擬中結合這兩個過程是梅耶爾多年來的夢想。然而,底層的物理過程是複雜的,它們在仿真中的表現需要複雜的代碼和高計算能力。儘管隨著超級計算機計算能力的穩步提高,實現這一夢想的日子越來越近了,但我們沒有時間對解決這一問題所需的過程進行數學物理描述。然而,研究人員發明了一種合適的方法,這個夢想現在可以實現了。他們對這種新的數位技術進行了實驗,對其進行了進一步的開發,並對其進行了優化,以最大限度地利用超級計算機的性能。

具體來說,研究人員使用並改進了一種所謂的混合網格-粒子方法來計算磁場、流體動力學和引力。在這種方法中,質量和引力是用粒子來計算的,每個粒子代表系統的一部分。研究人員表示,用一種由粒子構成的虛擬自適應網格來計算熱壓和磁場的影響,這種網格具有較高的精度。

結果表明,在原行星盤中由引力形成的旋臂就像發電機一樣,使磁性種子得到拉伸和強化。結果,磁場增強,強度增大。與此同時,這一過程在原行星盤中產生的熱量比之前假設的要多得多。然而,令研究人員最驚訝的是,發電機似乎對物質的運動有重要的影響。發電機將它有力地向內推動,在恆星上吸積,並向外推動,遠離圓盤。這意味著磁碟的進化速度比先前理論認為的要快得多。

從螺旋密度波的側面可以看到,在螺旋中心的旁邊有巨大的速度輥,它起著牽引和放大磁場的作用。相互作用增加吸積並產生風

模擬顯示,形成中的磁場與重引力的相互作用所產生的能量向外運動,推動風把物質吹出磁碟。這將導致90%的質量在不到一百萬年內消失。如果這是真的,這將是一個令人滿意的預測,因為以前研究的原行星盤的質量比迄今為止通過模擬盤的形成所預測的質量大約少90%,。最終,能量的減少導致物質崩潰和失去自旋。研究人員現在希望能夠用非常強大的望遠鏡,來觀察風和在原行星盤早期生命階段物質的噴射。

研究人員認為,通過他們的工作,他們發現了一種全新的摩擦機制,這種機制是由磁場和GI的相互作用產生的,它顯著地侵蝕了圓盤的角動量。

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