Революционна симулация разкрива тайните на магнетизираната турбуленция

Революционна симулация разкрива тайните на магнетизираната турбуленция

Международни изследователи са използвали новаторска симулация, за да изследват динамиката на магнетизираната турбуленция в космоса. Това ново изследване не само представлява значителен напредък в астрофизичните изследвания, но също така предоставя по-задълбочена представа за еволюцията на галактиките и условията за образуване на звезди.

Симулацията, която беше извършена на суперкомпютъра SuperMUC-NG в суперкомпютърния център Лайбниц в Гархинг близо до Мюнхен, се счита за най-мащабната по рода си. Изисква над 80 милиона CPU часа и се изпълнява на 140 000 изчислителни ядра. SuperMUC-NG е един от най-мощните суперкомпютри в Европа и има 6480 изчислителни възли, всеки от които има 48 ядра.

Ролята на турбулентността

Турбуленцията в космоса възниква в плазмата, горещ, електрически зареден газ. Тази турбулентност е силно повлияна от магнитните полета, което поставя нови предизвикателства пред класическата теория на турбулентността. Изследователите откриха, че основните принципи на тази теория не се прилагат в контекста на намагнетизирани плазми. По-специално, турбулентната каскада, където енергията се прехвърля от по-големи към по-малки мащаби, показва значителни отклонения от традиционните модели.

В своя модел екипът разглежда прехода между свръхзвукова и дозвукова турбулентност, решаващ процес за астрофизичните плазми. Симулацията идентифицира в детайли как магнитните полета влияят на каскадата на енергия в междузвездната среда чрез потискане на дребномащабно движение и усилване на вълнообразни смущения. Тези открития са от решаващо значение за теоретичните модели на образуването на звезди.

Важни резултати

Резултатите от симулацията показват, че в междузвездната среда съществуват две различни зависещи от мащаба каскади. Под скоростта на звука, магнитните полета доминират движенията, докато алтернативно свръхзвуковите потоци се определят от кинетичната енергия. Тези открития имат далечни последици за нашето разбиране за транспорта на високоенергийни частици между звездите и структурата на галактиката.

Централен параметър в изчисленията беше числото на Рейнолдс, което описва съотношението на инерционните сили към вискозните сили. Числата на Рейнолдс над един милион бяха използвани за симулацията, което спомогна за реализирането на изключителната точност на резултатите. Очаква се тази работа не само да задълбочи разбирането на турбулентните процеси във Вселената, но и да има положително въздействие върху директните приложения в системата Слънце-Земя и широки области на астрофизиката.

Резултатите от изследването бяха публикувани наскоро в списанието Nature Astronomy, което подчертава уместността и иновативния характер на това научно изследване. Проучването показва колко е важно да се разберат по-добре сложните взаимодействия в междузвездната среда, за да се обясни изчерпателно еволюцията и структурата на галактиките.

Резултатите и методологията на изследването могат да бъдат допълнително обсъдени и са достъпни в подробности в публикацията на уебсайта на Хайделбергския университет и на scinexx.de. Тези разработки биха могли значително да повлияят на следващото поколение астрофизични изследвания и да отворят нови пътища в изучаването на Вселената.

За повече информация вижте репортажи от университета в Хайделберг, scinexx и в публикацията в Природна астрономия.