Revolutionerande simulering avslöjar hemligheterna med magnetiserad turbulens

Revolutionerande simulering avslöjar hemligheterna med magnetiserad turbulens

Internationella forskare har använt en banbrytande simulering för att undersöka dynamiken hos magnetiserad turbulens i rymden. Denna nya studie representerar inte bara ett betydande framsteg inom astrofysisk forskning, utan ger också djupare insikter i galaxernas utveckling och förutsättningarna för stjärnbildning.

Simuleringen, som utfördes på superdatorn SuperMUC-NG vid Leibniz Supercomputing Center i Garching nära München, anses vara den mest omfattande i sitt slag. Det krävde över 80 miljoner CPU-timmar och kördes på 140 000 datorkärnor. SuperMUC-NG är en av Europas mest kraftfulla superdatorer och har 6 480 datornoder, som var och en har 48 kärnor.

Turbulensens roll

Turbulens i rymden uppstår i plasma, en het, elektriskt laddad gas. Denna turbulens är starkt påverkad av magnetfält, vilket ställer nya utmaningar för klassisk turbulensteori. Forskarna fann att grundläggande principer för denna teori inte gäller i samband med magnetiserade plasma. I synnerhet den turbulenta kaskaden, där energi överförs från större till mindre skalor, visar betydande avvikelser från traditionella modeller.

I sin modell överväger teamet övergången mellan supersonisk och subsonisk turbulens, en avgörande process för astrofysiska plasma. Simuleringen identifierar i detalj hur magnetfält påverkar kaskadflödet av energi i det interstellära mediet genom att undertrycka småskalig rörelse och förstärka vågliknande störningar. Dessa fynd är avgörande för de teoretiska modellerna för stjärnbildning.

Viktiga resultat

Resultaten av simuleringen visar att det finns två olika skalberoende kaskader i det interstellära mediet. Under ljudets hastighet dominerar magnetfält rörelserna, medan alternativt överljudsflöden bestäms av kinetisk energi. Dessa upptäckter har långtgående konsekvenser för vår förståelse av transporten av högenergipartiklar mellan stjärnor och galaxens struktur.

En central parameter i beräkningarna var Reynolds-talet, som beskriver förhållandet mellan tröghetskrafter och viskösa krafter. Reynolds siffror på över en miljon användes för simuleringen, vilket hjälpte till att realisera resultatens exceptionella noggrannhet. Det förväntas att detta arbete inte bara kommer att fördjupa förståelsen av de turbulenta processerna i universum, utan också ha en positiv inverkan på direkta tillämpningar i Sol-Jord-systemet och breda områden av astrofysik.

Forskningsresultaten publicerades nyligen i tidskriften Nature Astronomy, vilket understryker relevansen och den innovativa karaktären hos denna vetenskapliga undersökning. Studien visar hur viktigt det är att bättre förstå de komplexa interaktionerna i det interstellära mediet för att på ett heltäckande sätt förklara galaxernas utveckling och struktur.

Resultaten och metodiken för studien kan diskuteras ytterligare och finns tillgängliga i detalj i publikationen på Heidelbergs universitets webbplats och på scinexx.de. Denna utveckling kan avsevärt påverka nästa generation av astrofysisk forskning och öppna nya vägar i studiet av universum.

För mer information, se rapporter från universitetet i Heidelberg, scinexx och i publikationen i Natur astronomi.