Las vueltas y revueltas del efecto dinamo

Se han estudiado modelos experimentales de dinamos astrofísicas y planetarias en el laboratorio y han generado campos magnéticos con nuevas geometrías.

Los campos magnéticos son ubicuos en el universo. La Tierra tiene un campo magnético que orienta las brújulas, convirtiéndolas en herramientas de navegación. Otros planetas, el Sol y muchas estrellas generan sus propios campos magnéticos. Está ampliamente aceptado que la mayoría de los cuerpos celestes conservan campos magnéticos gracias al efecto dinamo: la conversión de energía cinética de un fluido o plasma electricamente conductor y neutral en energía magnética. Ahora, un grupo de investigación a informado acerca de observaciones sobre campos magnéticos generados en dispositivos de laboratorio, que han sido capaces de reproducir por primera vez una característica clave de las dinamos astrofísicas y planetarias.

El efecto dinamo se ha simulado numéricamente en muchas ocasiones, solucionando la ecuación de Navier-Stokes a la par con la ecuación de induccíón. Sin embargo, en la naturaleza, las dinamos son turbulentas, así pues las simulaciones realistas se enfrentan a los mismos problemas que, por ejemplo, simulaciones del aire que circunda las alas de los aviones, la falta de recursos computacionales.

Como en cualquier modelo computacional, las simulaciones de dinamos tienen que estar complementadas con experimentos. Los experimentos requieren un alto nivel técnico ya que necesitan operar con números magnéticos de Reynolds lo suficientemente grandes para que los campos magnéticos se generen solos. Esto normalmente requiere de varios metros cúbicos de sodio líquido moviéndose a velocidades de varios metros por segundo. El mérito de los primeros experimentos de dinamo con éxito fue principalmente romper la barrera del número magnético de Reynolds crítico. Ningún experimento puede reproducir todas las condiciones de una dinamo estelar o planetaria a escala en un laboratorio, y los experimentos de segunda generación está diseñados para dilucidar determinados aspectos del efecto dinamo.

El experimento llevado a cabo usa un cilindro con dos discos en rotación situados en las bases del cilindro. Este se rellena con sodio líquido, y se montan unas cuchilla en los discos para mejorar el arrastre del fluido por los discos. Estos rotan a diferentes velocidades. En la configuración más simple, rotan en sentidos contrarios a la misma velocidad angular y crean una fuerte capa de corte en el plano medio del cilindro. Además del componente azimutal en lo relativo a la velocidad, hay un flujo meridional, que conduce la marcha del fluido lejos de los discos de rotación a lo largo del eje del cilindro y de vuelta a los discos cerca de las paredes del cilindro. Esto es lo que se conoce como el flujo von Kármán y es capaz de sostener un campo magnético, pero el mecanismo preciso que funciona en el experimento está aún en discusión porque el experimento nunca produce un campo magnético sin algo de material ferromagnético incorporado a los discos de rotación.

Via physics aps