Revolusjonerende simulering avslører hemmeligheter med magnetisert turbulens

Revolusjonerende simulering avslører hemmeligheter med magnetisert turbulens

Internasjonale forskere har brukt en banebrytende simulering for å undersøke dynamikken til magnetisert turbulens i rommet. Denne nye studien representerer ikke bare et betydelig fremskritt innen astrofysisk forskning, men gir også dypere innsikt i utviklingen av galakser og betingelsene for stjernedannelse.

Simuleringen, som ble utført på SuperMUC-NG-superdatamaskinen ved Leibniz Supercomputing Center i Garching nær München, regnes som den mest omfattende i sitt slag. Den krevde over 80 millioner CPU-timer og ble utført på 140 000 datakjerner. SuperMUC-NG er en av Europas kraftigste superdatamaskiner og har 6480 datanoder, som hver har 48 kjerner.

Turbulensens rolle

Turbulens i rommet oppstår i plasma, en varm, elektrisk ladet gass. Denne turbulensen er sterkt påvirket av magnetiske felt, noe som gir nye utfordringer for klassisk turbulensteori. Forskerne fant at grunnleggende prinsipper for denne teorien ikke gjelder i sammenheng med magnetiserte plasmaer. Spesielt den turbulente kaskaden, hvor energi overføres fra større til mindre skalaer, viser betydelige avvik fra tradisjonelle modeller.

I modellen deres vurderer teamet overgangen mellom supersonisk og subsonisk turbulens, en avgjørende prosess for astrofysiske plasmaer. Simuleringen identifiserer i detalj hvordan magnetiske felt påvirker kaskaden av energi i det interstellare mediet ved å undertrykke småskala bevegelse og forsterke bølgelignende forstyrrelser. Disse funnene er avgjørende for de teoretiske modellene for stjernedannelse.

Viktige resultater

Resultatene av simuleringen viser at det eksisterer to forskjellige skalaavhengige kaskader i det interstellare mediet. Under lydhastigheten dominerer magnetiske felt bevegelsene, mens alternativt supersoniske strømninger bestemmes av kinetisk energi. Disse oppdagelsene har vidtrekkende implikasjoner for vår forståelse av transporten av høyenergipartikler mellom stjerner og strukturen til galaksen.

En sentral parameter i beregningene var Reynolds-tallet, som beskriver forholdet mellom treghetskrefter og viskøse krefter. Reynolds-tall på over én million ble brukt til simuleringen, og bidro til å realisere den eksepsjonelle nøyaktigheten til resultatene. Det forventes at dette arbeidet ikke bare vil utdype forståelsen av de turbulente prosessene i universet, men også ha en positiv innvirkning på direkte anvendelser i Sol-Jord-systemet og brede områder av astrofysikk.

Forskningsresultatene ble nylig publisert i tidsskriftet Nature Astronomy, og understreker relevansen og nyskapende karakteren til denne vitenskapelige undersøkelsen. Studien viser hvor viktig det er å bedre forstå de komplekse vekselvirkningene i det interstellare mediet for på en omfattende måte å forklare utviklingen og strukturen til galakser.

Resultatene og metodikken til studien kan diskuteres videre og er tilgjengelig i detalj i publikasjonen på Heidelberg Universitys nettsted og på scinexx.de. Denne utviklingen kan i betydelig grad påvirke neste generasjon av astrofysisk forskning og åpne nye veier i studiet av universet.

For mer informasjon, se rapporter fra universitetet i Heidelberg, scinexx og i publikasjonen i Natur astronomi.