Revolučná simulácia odhaľuje tajomstvá magnetizovanej turbulencie

Revolučná simulácia odhaľuje tajomstvá magnetizovanej turbulencie

Medzinárodní vedci použili prelomovú simuláciu na skúmanie dynamiky magnetizovanej turbulencie vo vesmíre. Táto nová štúdia predstavuje nielen významný pokrok v astrofyzikálnom výskume, ale poskytuje aj hlbší pohľad na vývoj galaxií a podmienky pre vznik hviezd.

Simulácia, ktorá bola vykonaná na superpočítači SuperMUC-NG v Leibnizovom superpočítačovom centre v Garchingu pri Mníchove, je považovaná za najrozsiahlejšiu svojho druhu. Vyžadovalo si to viac ako 80 miliónov hodín CPU a bolo spustených na 140 000 výpočtových jadrách. SuperMUC-NG je jedným z najvýkonnejších európskych superpočítačov a má 6 480 výpočtových uzlov, z ktorých každý má 48 jadier.

Úloha turbulencie

Turbulencie vo vesmíre sa vyskytujú v plazme, horúcom, elektricky nabitom plyne. Táto turbulencia je silne ovplyvnená magnetickými poľami, čo predstavuje nové výzvy pre klasickú teóriu turbulencie. Výskumníci zistili, že základné princípy tejto teórie neplatia v kontexte magnetizovanej plazmy. Najmä turbulentná kaskáda, kde sa energia prenáša z väčších mierok do menších, vykazuje výrazné odchýlky od tradičných modelov.

Vo svojom modeli tím zvažuje prechod medzi nadzvukovou a podzvukovou turbulenciou, čo je zásadný proces pre astrofyzikálne plazmy. Simulácia podrobne identifikuje, ako magnetické polia ovplyvňujú kaskádovanie energie v medzihviezdnom médiu potlačením pohybu malého rozsahu a zosilnením vlnových porúch. Tieto zistenia sú kľúčové pre teoretické modely vzniku hviezd.

Dôležité výsledky

Výsledky simulácie ukazujú, že v medzihviezdnom médiu existujú dve rôzne kaskády závislé od mierky. Pod rýchlosťou zvuku dominujú pohybom magnetické polia, zatiaľ čo alternatívne nadzvukové toky sú určované kinetickou energiou. Tieto objavy majú ďalekosiahle dôsledky pre naše chápanie transportu vysokoenergetických častíc medzi hviezdami a štruktúrou galaxie.

Ústredným parametrom vo výpočtoch bolo Reynoldsovo číslo, ktoré popisuje pomer zotrvačných síl k viskóznym silám. Na simuláciu boli použité Reynoldsove čísla presahujúce jeden milión, čo pomohlo realizovať výnimočnú presnosť výsledkov. Očakáva sa, že táto práca nielen prehĺbi pochopenie turbulentných procesov vo vesmíre, ale bude mať aj pozitívny vplyv na priame aplikácie v systéme Slnko-Zem a široké oblasti astrofyziky.

Výsledky výskumu boli nedávno publikované v časopise Nature Astronomy, čo podčiarkuje relevantnosť a inovatívnosť tohto vedeckého výskumu. Štúdia ukazuje, aké dôležité je lepšie porozumieť zložitým interakciám v medzihviezdnom médiu s cieľom komplexne vysvetliť vývoj a štruktúru galaxií.

O výsledkoch a metodológii štúdie možno ďalej diskutovať a sú podrobne dostupné v publikácii na webovej stránke univerzity v Heidelbergu a na scinexx.de. Tento vývoj by mohol výrazne ovplyvniť ďalšiu generáciu astrofyzikálneho výskumu a otvoriť nové cesty v štúdiu vesmíru.

Viac informácií nájdete v prehľadoch z univerzite v Heidelbergu, scinexx a v publikácii v Prírodná astronómia.