Les scientifiques pensent avoir résolu le mystère de la raison pour laquelle le système solaire interne tourne beaucoup plus lentement que ce que les lois de la physique suggèrent.
L’anneau interne du système solaire contient de fines couches de gaz et de poussière appelées disques d’accrétion, qui tournent en spirale autour de jeunes étoiles en se dirigeant lentement vers l’intérieur.
Lorsque cette spirale se produit, la partie intérieure du disque devrait tourner plus vite selon les lois du moment angulaire – comme un patineur artistique qui tourne plus vite lorsque ses bras sont rentrés que lorsqu’ils sont sortis.
Bien que les observations aient montré que la partie interne d’un disque d’accrétion tourne effectivement plus vite, elle ne se déplace pas aussi vite que prévu.
Les chercheurs ont produit de nombreuses explications possibles pour ce comportement : qu’il s’agisse de la friction entre les parties internes et externes en rotation du disque d’accrétion, ou de champs magnétiques générant une “instabilité magnétorotationnelle” qui produit des turbulences gazeuses et magnétiques qui ralentissent la vitesse de rotation du gaz en spirale vers l’intérieur.
Aucune de ces explications ne satisfait Paul Bellan, professeur de physique appliquée à Caltech, car les calculs montrent que les disques d’accrétion ont une friction interne négligeable et que la turbulence est “préoccupante”.
Le professeur Bellan a commencé à analyser les trajectoires d’atomes, d’électrons et d’ions individuels dans le gaz qui constituait le disque, pour voir comment les particules se comportaient lorsqu’elles entraient en collision et comment elles se déplaçaient entre les collisions.
Utilisation d’une simulation d’environ 40 000 particules neutres et d’environ 1 000 particules chargées pouvant entrer en collision les unes avec les autres, ainsi que de la gravité et du magnétisme.
“Ce modèle avait juste la bonne quantité de détails pour capturer toutes les caractéristiques essentielles”, dit le professeur Bellan, “car il était assez grand pour se comporter exactement comme des trillions et des trillions de particules neutres, d’électrons et d’ions entrant en collision et orbitant autour d’une étoile dans un champ magnétique.”
La simulation a montré que les collisions entre les atomes neutres et les particules chargées provoquaient la spirale des ions chargés positivement vers l’intérieur, tandis que les élections chargées négativement s’orientaient vers l’extérieur. L’analyse de ce comportement a montré que le moment angulaire n’est pas conservé, mais qu’une force appelée “moment angulaire canonique” l’est.
Le moment cinétique canonique est la somme du moment cinétique ordinaire d’origine et d’une quantité supplémentaire qui dépend de la charge de la particule et du champ magnétique. Pour les particules neutres, il n’y a aucune différence entre ces forces, mais les particules chargées peuvent changer radicalement à cause de la grande quantité magnétique.
La différence de charge augmente le momentum des particules positives et négatives augmente leur moment angulaire canonique, les particules neutres perdant leur moment angulaire et se déplaçant vers l’intérieur.
Cette petite distinction a un effet d’entraînement énorme à une échelle aussi grande que le système solaire, car il suffit qu’une seule particule sur un milliard soit chargée pour expliquer la perte de moment angulaire observée des particules neutres.
Grâce à ce mouvement, le disque devient semblable à une batterie géante – avec une borne positive près du centre et une borne négative sur le bord. Cela crée un énorme flux électrique et alimente des jets astrophysiques qui jaillissent dans les deux directions ; ces jets ont été observés par les astronomes depuis plus d’un siècle, sans qu’ils ne connaissent jamais la force à l’origine de leur création.
La recherche, intitulée ” Neutral-charged-particle Collisions as the Mechanism for Accretion Disk Angular Momentum Transport “, a été publiée dans le Astrophysical Journal.
