Revolutionaire simulatie onthult geheimen van gemagnetiseerde turbulentie

Revolutionaire simulatie onthult geheimen van gemagnetiseerde turbulentie

Internationale onderzoekers hebben een baanbrekende simulatie gebruikt om de dynamiek van gemagnetiseerde turbulentie in de ruimte te onderzoeken. Deze nieuwe studie vertegenwoordigt niet alleen een aanzienlijke vooruitgang in astrofysisch onderzoek, maar biedt ook diepere inzichten in de evolutie van sterrenstelsels en de omstandigheden voor stervorming.

De simulatie, die werd uitgevoerd op de SuperMUC-NG-supercomputer in het Leibniz Supercomputing Center in Garching bij München, wordt als de meest uitgebreide in zijn soort beschouwd. Het vergde meer dan 80 miljoen CPU-uren en werd uitgevoerd op 140.000 rekenkernen. SuperMUC-NG is een van de krachtigste supercomputers van Europa en beschikt over 6.480 computerknooppunten, die elk 48 kernen hebben.

De rol van turbulentie

Turbulentie in de ruimte ontstaat in plasma, een heet, elektrisch geladen gas. Deze turbulentie wordt sterk beïnvloed door magnetische velden, wat nieuwe uitdagingen met zich meebrengt voor de klassieke turbulentietheorie. De onderzoekers ontdekten dat de fundamentele principes van deze theorie niet van toepassing zijn in de context van gemagnetiseerde plasma's. Met name de turbulente cascade, waarbij energie van grotere naar kleinere schaal wordt overgedragen, vertoont aanzienlijke afwijkingen van traditionele modellen.

In hun model beschouwt het team de overgang tussen supersonische en subsonische turbulentie, een cruciaal proces voor astrofysische plasma's. De simulatie identificeert in detail hoe magnetische velden de cascadering van energie in het interstellaire medium beïnvloeden door kleinschalige beweging te onderdrukken en golfachtige verstoringen te versterken. Deze bevindingen zijn cruciaal voor de theoretische modellen van stervorming.

Belangrijke resultaten

De resultaten van de simulatie laten zien dat er twee verschillende schaalafhankelijke cascades bestaan ​​in het interstellaire medium. Beneden de geluidssnelheid domineren magnetische velden de bewegingen, terwijl supersonische stromen alternatief worden bepaald door kinetische energie. Deze ontdekkingen hebben verstrekkende gevolgen voor ons begrip van het transport van hoogenergetische deeltjes tussen sterren en de structuur van het sterrenstelsel.

Een centrale parameter in de berekeningen was het Reynoldsgetal, dat de verhouding tussen traagheidskrachten en stroperige krachten beschrijft. Voor de simulatie werden Reynoldsgetallen van meer dan een miljoen gebruikt, waardoor de uitzonderlijke nauwkeurigheid van de resultaten werd gerealiseerd. Er wordt verwacht dat dit werk niet alleen het begrip van de turbulente processen in het heelal zal verdiepen, maar ook een positieve impact zal hebben op directe toepassingen in het zon-aardesysteem en brede gebieden van de astrofysica.

De onderzoeksresultaten zijn onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Nature Astronomy, wat de relevantie en het innovatieve karakter van dit wetenschappelijk onderzoek onderstreept. De studie laat zien hoe belangrijk het is om de complexe interacties in het interstellaire medium beter te begrijpen om de evolutie en structuur van sterrenstelsels uitgebreid te kunnen verklaren.

De resultaten en methodologie van het onderzoek kunnen verder worden besproken en zijn in detail beschikbaar in de publicatie op de website van de Universiteit van Heidelberg en op scinexx.de. Deze ontwikkelingen zouden de volgende generatie astrofysisch onderzoek aanzienlijk kunnen beïnvloeden en nieuwe wegen kunnen openen in de studie van het universum.

Voor meer informatie, zie rapporten van de Universiteit van Heidelberg, scinexx en in de publicatie in Natuur Astronomie.