В 1991 г. произошел прорыв в решении проблемы турбулентности. Стивен Балбюс (S. Balbus) и Джон Холей (J. Hawley) из Виргинского университета предположили, что если вещество в аккреционном диске имеет высокую электропроводность и пронизано хотя бы слабым магнитным полем, то это приводит к неустойчивости в диске, постоянно возбуждающей турбулентность потока. Эффект назвали магнито-ротационной неустойчивостью. Она усиливает перенос момента импульса и выделение гравитационной энергии. Считается, что именно он играет основную роль в динамике большинства аккреционных дисков.
Магнитные силовые линии в хорошо проводящей среде перемещаются вместе с ней: куда движется вещество, туда и поле. Но магнитные силовые линии тоже влияют на среду. Словно резиновые нити, изогнутые силовые линии поля оказывают давление на вещество.
Неустойчивость (
см. рис.) приводит к турбулентности. Представим круговой трек с автомобилями, которые по внутренней стороне движутся быстрее, чем по внешней. Предположим, что они связаны цепями. Машины на внутренних дорожках должны терять момент импульса, поскольку их тянут назад, а у автомобилей на внешних он должен увеличиваться, поскольку их тянут вперед. В результате получается хаос. Так же развивается турбулентность в аккреционном диске.
Открытие магнито-ротационной неустойчивости изменило наше представление об аккреционных дисках. Похожая ситуация была в начале XX в., когда астрономы впервые поняли, что основным источником энергии звезд служат реакции ядерного синтеза. Теперь астрофизики нашли механизм, вырабатывающий еще большую энергию у объектов типа квазаров и активных ядер галактик (которые, как считается, тоже питаются веществом, падающим на сверхмассивные черные дыры). Сейчас ученые исследуют, как турбулентность, стимулированная магнито-ротационной неустойчивостью, функционирует в различных ситуациях и может ли она объяснить особенности поведения различных типов аккреционных дисков.
Например, действует ли механизм турбулентности в протопланетных дисках, менее компактных, а потому более прохладных, чем диски вокруг белых карликов, нейтронных звезд и черных дыр. Протопланетные диски в основном состоят из нейтрального газа и пыли и не содержат электропроводящей плазмы. Может ли магнитное поле влиять на потоки такого вещества, пока не ясно. Мы пытались выяснить, как магнито-ротационная неустойчивость действует в горячих и непрозрачных аккреционных дисках вокруг черных дыр, где турбулентность может быть сверхзвуковой, порождающей в плазме ударные волны, подобно тому, как сверхзвуковой самолет производит акустический удар. В результате могут рождаться фотоны с большой энергией, которые, вырываясь сквозь относительно прозрачные области между ударными волнами, создают излучение из окрестности черной дыры, которое и должны заметить астрономы.