Rewolucyjna symulacja odkrywa tajemnice namagnesowanych turbulencji

Rewolucyjna symulacja odkrywa tajemnice namagnesowanych turbulencji

Międzynarodowi badacze wykorzystali przełomową symulację do zbadania dynamiki namagnesowanych turbulencji w przestrzeni. To nowe badanie nie tylko stanowi znaczący postęp w badaniach astrofizycznych, ale także zapewnia głębszy wgląd w ewolucję galaktyk i warunki powstawania gwiazd.

Symulacja, którą przeprowadzono na superkomputerze SuperMUC-NG w Centrum Superkomputerowym Leibniza w Garching koło Monachium, uważana jest za najbardziej rozbudowaną tego typu. Wymagał ponad 80 milionów godzin procesora i został wykonany na 140 000 rdzeniach obliczeniowych. SuperMUC-NG to jeden z najpotężniejszych superkomputerów w Europie, posiadający 6480 węzłów obliczeniowych, z których każdy ma 48 rdzeni.

Rola turbulencji

Turbulencje w przestrzeni kosmicznej występują w plazmie, gorącym, naładowanym elektrycznie gazie. Na tę turbulencję silny wpływ mają pola magnetyczne, co stwarza nowe wyzwania dla klasycznej teorii turbulencji. Naukowcy odkryli, że podstawowe zasady tej teorii nie mają zastosowania w kontekście namagnesowanych plazm. W szczególności turbulentna kaskada, w której energia jest przenoszona z większych do mniejszych skal, wykazuje znaczne odchylenia od tradycyjnych modeli.

W swoim modelu zespół uwzględnia przejście między turbulencjami naddźwiękowymi i poddźwiękowymi, co jest kluczowym procesem dla plazmy astrofizycznej. Symulacja szczegółowo identyfikuje, w jaki sposób pola magnetyczne wpływają na kaskadowanie energii w ośrodku międzygwiazdowym, tłumiąc ruch na małą skalę i wzmacniając zaburzenia falowe. Odkrycia te mają kluczowe znaczenie dla teoretycznych modeli powstawania gwiazd.

Ważne wyniki

Wyniki symulacji pokazują, że w ośrodku międzygwiazdowym istnieją dwie różne kaskady zależne od skali. Poniżej prędkości dźwięku w ruchach dominują pola magnetyczne, natomiast przepływy naddźwiękowe determinowane są energią kinetyczną. Odkrycia te mają daleko idące implikacje dla naszej wiedzy na temat transportu cząstek wysokoenergetycznych między gwiazdami i struktury galaktyki.

Głównym parametrem w obliczeniach była liczba Reynoldsa, która opisuje stosunek sił bezwładności do sił lepkości. Do symulacji wykorzystano liczby Reynoldsa przekraczające milion, co pomogło zapewnić wyjątkową dokładność wyników. Oczekuje się, że prace te nie tylko pogłębią zrozumienie turbulentnych procesów zachodzących we Wszechświecie, ale także będą miały pozytywny wpływ na bezpośrednie zastosowania w układzie Słońce-Ziemia i szerokich obszarach astrofizyki.

Wyniki badań opublikowano niedawno w czasopiśmie Nature Astronomy, podkreślając znaczenie i innowacyjny charakter tego badania naukowego. Badanie pokazuje, jak ważne jest lepsze zrozumienie złożonych interakcji w ośrodku międzygwiazdowym, aby kompleksowo wyjaśnić ewolucję i strukturę galaktyk.

Wyniki i metodologię badania można szerzej omówić i są one szczegółowo dostępne w publikacji na stronie internetowej Uniwersytetu w Heidelbergu oraz na scinexx.de. Zmiany te mogą znacząco wpłynąć na następną generację badań astrofizycznych i otworzyć nowe możliwości badania Wszechświata.

Więcej informacji w raportach z uniwersytet w Heidelbergu, scinexx oraz w publikacji w Astronomia przyrodnicza.