Masivní simulace na superpočítači odhalují kosmické magnetické záhady

Foto: AI/ScienceDaily.com

Úvod do kosmických magnetických polí

Vědci z University of Wisconsin-Madison použili některé z nejpokročilejších simulací plazmatu, jaké kdy byly vytvořeny, aby odhalili, jak vesmír vytváří obrovská magnetická pole z turbulence. Tento objev by mohl přetvořit naše chápání hvězd, černých děr, srážek neutronových hvězd a nebezpečných slunečních erupcí.

Autor původního článku: redakce

Význam magnetických polí ve vesmíru

Magnetická pole se nacházejí všude ve vesmíru, od planet a hvězd až po celé galaxie. Tyto neviditelné síly ovlivňují hlavní kosmické události a procesy, včetně slunečních bouří, pohybu částic s vysokou energií a dokonce i formování galaxií. Zatímco malá magnetická pole jsou často chaotická a turbulentní, mnohem větší magnetické struktury se jeví překvapivě organizované. Desítky let se vědci snažili vysvětlit, jak může nepořádek ve vesmíru vytvořit takový velký řád.

Nové poznatky z detailních simulací

Výzkumný tým vedený vědci z University of Wisconsin-Madison věří, že možná odhalili chybějící část skládačky. V nové studii publikované v časopise Nature tým použil extrémně detailní počítačové simulace ke studiu toků plazmatu. Jejich výsledky naznačují, že velká magnetická pole mohou vznikat, když turbulentní plazma vyvine organizované proudy podobné tryskám. Tento objev představuje nové vysvětlení, jak se formují kosmická magnetická pole, a mohl by pomoci vědcům lépe porozumět všemu od formování černých děr po kosmické počasí v blízkosti Země.

„Magnetická pole napříč kosmem jsou velkorozměrná a uspořádaná, ale naše chápání toho, jak jsou tato pole generována, je, že pocházejí z nějakého druhu turbulentního pohybu,“ říká hlavní autor studie Bindesh Tripathi, bývalý student fyziky na UW-Madison a současný postdoktorandský výzkumník na Kolumbijské univerzitě.

Řešení dlouhodobého problému

Vědci studovali magnetické dynama, procesy, které generují magnetická pole, přibližně 70 let. Většina teoretických modelů však měla potíže s produkcí velkých, uspořádaných magnetických struktur, které astronomové skutečně pozorují ve vesmíru. Profesor fyziky na UW-Madison a hlavní autor studie Paul Terry dodává: „Generování magnetických polí prostřednictvím dynam je studováno již 70 let, s frustrujícím výsledkem, že generovaná pole téměř vždy končí v malém měřítku a vysoce neuspořádaná, na rozdíl od pozorování. Tato práce tedy potenciálně řeší dlouhodobý problém.“

Dopady objevu na astrofyziku

Zjištění by mohla mít důležité důsledky napříč astrofyzikou. „Tato práce má potenciál vysvětlit magnetickou dynamiku relevantní například při srážkách neutronových hvězd a formování černých děr, s přímými aplikacemi na multimessengerovou astronomii,“ říká Tripathi. „Může také pomoci lépe pochopit hvězdná magnetická pole a předpovědět výrony plynu ze Slunce směrem k Zemi.“

Výzkum byl podpořen Národní vědeckou nadací (2409206) a Ministerstvem energetiky USA (DE-SC0022257) prostřednictvím partnerství DOE/NSF v základní plazmové vědě a inženýrství. Superpočítač Anvil na Purdue University byl použit prostřednictvím alokace TG-PHY130027 z programu Advanced Cyberinfrastructure Coordination Ecosystem: Services & Support (ACCESS), podporovaného Národní vědeckou nadací (2138259, 2138286, 2138307, 2137603 a 2138296).