Revolutsiooniline simulatsioon paljastab magnetiseeritud turbulentsi saladused

Revolutsiooniline simulatsioon paljastab magnetiseeritud turbulentsi saladused

Rahvusvahelised teadlased on kasutanud murrangulist simulatsiooni, et uurida magnetiseeritud turbulentsi dünaamikat kosmoses. See uus uuring ei kujuta endast mitte ainult olulist edasiminekut astrofüüsikalistes uuringutes, vaid annab ka sügavama ülevaate galaktikate arengust ja tähtede moodustumise tingimustest.

Simulatsiooni, mis viidi läbi SuperMUC-NG superarvutiga Müncheni lähedal Garchingis asuvas Leibnizi superarvutikeskuses, peetakse kõige ulatuslikumaks selletaoliseks. See nõudis üle 80 miljoni protsessoritunni ja seda teostati 140 000 arvutituumaga. SuperMUC-NG on üks Euroopa võimsamaid superarvuteid ja sellel on 6480 andmetöötlussõlme, millest igaühes on 48 tuuma.

Turbulentsi roll

Turbulents ruumis esineb plasmas, kuumas elektriliselt laetud gaasis. Seda turbulentsi mõjutavad tugevalt magnetväljad, mis seab klassikalise turbulentsiteooria jaoks uued väljakutsed. Teadlased leidsid, et selle teooria aluspõhimõtted ei kehti magnetiseeritud plasmade kontekstis. Eelkõige näitab turbulentne kaskaad, kus energia kantakse üle suurematelt skaaladelt väiksematele, olulisi kõrvalekaldeid traditsioonilistest mudelitest.

Oma mudelis käsitleb meeskond üleminekut ülehelikiiruse ja allahelikiirusega turbulentsi vahel, mis on astrofüüsikaliste plasmade jaoks ülioluline protsess. Simulatsioon tuvastab üksikasjalikult, kuidas magnetväljad mõjutavad energia kaskaadimist tähtedevahelises keskkonnas, vähendades väikesemahulist liikumist ja võimendades lainelaadseid häireid. Need leiud on tähtede moodustumise teoreetiliste mudelite jaoks üliolulised.

Olulised tulemused

Simulatsiooni tulemused näitavad, et tähtedevahelises keskkonnas eksisteerib kaks erinevat skaalast sõltuvat kaskaadi. Helikiirusest madalamal domineerivad liigutustes magnetväljad, alternatiivselt määrab ülehelikiiruse voolu kineetiline energia. Nendel avastustel on kaugeleulatuvad tagajärjed meie arusaamisele suure energiaga osakeste transpordist tähtede ja galaktika struktuuri vahel.

Arvutustes oli keskseks parameetriks Reynoldsi arv, mis kirjeldab inertsiaaljõudude ja viskoossete jõudude suhet. Simulatsioonis kasutati üle miljoni Reynoldsi numbreid, mis aitasid realiseerida tulemuste erakordset täpsust. Eeldatakse, et see töö mitte ainult ei süvenda mõistmist universumi turbulentsetest protsessidest, vaid avaldab positiivset mõju ka otsestele rakendustele Päikese-Maa süsteemis ja laiades astrofüüsika valdkondades.

Uurimistulemused avaldati hiljuti ajakirjas Nature Astronomy, rõhutades selle teadusliku uurimise asjakohasust ja uuenduslikkust. Uuring näitab, kui oluline on paremini mõista kompleksseid interaktsioone tähtedevahelises keskkonnas, et selgitada igakülgselt galaktikate arengut ja struktuuri.

Uuringu tulemusi ja metoodikat saab edasi arutada ning need on üksikasjalikult kättesaadavad Heidelbergi ülikooli veebisaidil ja scinexx.de avaldatud väljaandes. Need arengud võivad märkimisväärselt mõjutada järgmise põlvkonna astrofüüsikalisi uuringuid ja avada uusi teid universumi uurimisel.

Lisateabe saamiseks vaadake aruandeid aadressilt Heidelbergi ülikool, scinexx ja väljaandes aastal Looduse astronoomia.