Bild https://www.artsci.utoronto.ca En sammansatt fantombild av Vintergatan (infälld) en högupplöst simulering av galaktisk turbulens med magnetfältslinjer
i vitt. Foto: ESA/Webb, NASA & CSA, J. Lee och PHANGS-JWST-teamet;
Erkännande: J. Schmidt; Simulering: J. Beattie.
Turbulens är ett av de största olösta
problemen inom klassisk mekanik", beskriver James Beattie, postdoktoral
forskare vid Canadian Institute for Theoretical Astrophysics (CITA) vid
fakulteten för Arts & Science vid University of Toronto och som även har
en delad tjänst vid Princeton University.
"Detta trots att turbulens finns överallt: från
virvlande mjölk i en kaffekopp till kaotiska flöden i hav, solvind,
interstellärt medium, till plasmat mellan galaxer.
– Den viktigaste skillnaden i astrofysikaliska
miljöer är närvaron av magnetfält, som i grunden förändrar karaktären hos
turbulenta flöden, beskriver Beattie.
Beattie är huvudförfattare till en ny artikel i
tidskriften Nature Astronomy som beskriver den datorsimulering som han och hans
medarbetare har utvecklat för att i aldrig tidigare skådad detalj studera
magnetism och turbulens i det interstellära mediet (ISM). Det stora hav av gas
och laddade partiklar som finns mellan stjärnorna i Vintergatan.
Modellen är den mest kraftfulla hittills och krävde samma beräkningskapacitet som superdatorn SuperMUC-NG vid Leibniz
Supercomputing Centre i Tyskland kan ge. https://doku.lrz.de/supermuc-ng-10745965.html
Även om det finns mycket färre partiklar i den
interstellära rymden än i experiment med ultrahögt vakuum på jorden är rörelserna tillräckliga för att generera ett magnetfält, inte olikt hur rörelsen
av vår planets smälta kärna genererar jordens magnetfält.
Och även om det galaktiska magnetfältet är några
miljoner gånger svagare än en kylskåpsmagnet är det ändå en av de krafter som
formar kosmos.
Den största versionen av Beatties datamodell visar
en kub med 10 000 enheter på en sida som ger mycket större detaljrikedom än
tidigare modeller. Förutom den höga upplösningen är modellen skalbar och kan
som mest simulera en rymdvolym på cirka 30 ljusår på sidan. Som mest kan den
skalas ner med en faktor på cirka 50
I sin största storlek kan modellen förbättra vår
förståelse av Vintergatans totala magnetfält. När den skalas ner kan den hjälpa
astronomer att bättre förstå mer "kompakta" processer som solvinden då den strömmar ut från solen och i hög grad påverkar jorden.
På grund av sin högre upplösning har modellen också
potential att ge en djupare förståelse för hur stjärnor bildas. ”Vi vet att
magnetiskt tryck motverkar stjärnbildning genom att trycka utåt mot
gravitationen när gravitationen försöker kollapsa en stjärnbildande nebulosa” beskriver Beattie.
"Nu kan vi kvantifiera i detalj vad vi kan förvänta oss av magnetisk
turbulens på den typen av skalor."
Förutom den högre upplösningen och skalbarheten
markerar modellen också ett betydande framsteg genom att simulera de dynamiska
förändringarna i densiteten hos ISM (interstellärt medium) från ett otroligt litet vakuum till den högre densitet som finns i
stjärnbildande nebulosor.
För att läsa mer om hur Beattie arbetat läs artikeln,
"The spectrum of magnetized turbulence in the interstellar medium", författad av Beattie med flera forskare från Princeton University; Australiska nationella universitet;
Australian Research Council Center of Excellence in All Sky Astrophysics;
Universität Heidelberg; Centrum för Astrofysik, Harvard & Smithsonian;
Harvarduniversitetet; och Bayerns akademi för vetenskap och humaniora.
