Les disques d’accrétion sont des structures cosmiques formées par du gaz et de la matière en rotation képlérienne autour d’objets astrophysiques tels que les trous noirs. En perdant du moment cinétique, la matière en orbite finit par tomber en spirale vers l’objet central. Mais les taux d’accrétion observés sont si importants qu’ils impliquent nécessairement un mécanisme très efficace, encore inconnu, pour cette redistribution du moment cinétique dans le disque, ce qui fait de ce problème l’une des quêtes les plus actives de l’astrophysique moderne.
Dans cette nouvelle expérience, un métal liquide est entraîné par une combinaison de courants électriques et de champ magnétique. La force magnétique joue alors le rôle de la gravitation, permettant d’engendrer une vitesse de rotation képlérienne similaire à celle des disques astrophysiques. Ceci fournit le tout premier modèle de laboratoire d’un disque d’accrétion turbulent en rotation képlérienne.
L’utilisation d’une force de Lorentz pour entrainer l’écoulement (plutôt que la rotation de la cuve comme dans les expériences précédentes) modifie également la façon dont le moment cinétique est transporté dans le disque. Le moment angulaire est alors redistribué par les seules fluctuations turbulentes, sans aucune contribution de la viscosité moléculaire ou des couches limites. Il s’agit donc de la première observation du régime dit ultime pour lequel la viscosité n’est plus importante, prédit il y a plus de 60 ans mais jamais observé jusqu’à présent.
Le gaz chaud et la poussière s’écoulent vers l’intérieur autour d’une étoile nouvellement formée pour créer un disque d’accrétion (à gauche). Cette nouvelle expérience de laboratoire recrée ce processus d’accrétion dans un écoulement turbulent. Un disque annulaire de hauteur h, délimité par des électrodes (jaune), contient un métal liquide. L’interaction d’un champ magnétique vertical (bleu) et d’un courant radial injecté dans l’électrode met le métal liquide en mouvement. L’écoulement qui en résulte produit un transfert de moment cinétique vers l’extérieur du disque- équivalent à une accrétion de masse vers l’intérieur.
En savoir plus :
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.129.074501
Informations complémentaires :
Laboratoire de physique de L’École normale supérieure (LPENS, ENS Paris/CNRS/Sorbonne Université/Université de Paris)
Auteur correspondant : Christophe Gissinger
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