Компьютерная симуляция раскрывает тайны космической турбулентности
Астрономы создали уникальную компьютерную модель, которая с беспрецедентной детализацией исследует магнитные поля и турбулентность в межзвездной среде.
Межзвездная среда — это гигантский «океан» газа и заряженных частиц, заполняющий пространство между звездами в Млечном Пути.
Результаты опубликованы в Nature Astronomy, и это самая мощная симуляция на сегодня. Для расчетов потребовались ресурсы суперкомпьютера SuperMUC-NG в Германии. Модель ставит под вопрос привычные представления о том, как работают магнитные поля в космосе.
Впервые мы можем изучать эти процессы с такой точностью и в разных масштабах, — говорит Джеймс Битти, ведущий автор исследования из Университета Торонто.
Его команда надеется, что модель прольет свет на:
- структуру межзвездной среды,
- глобальное магнитное поле Галактики,
- процессы вроде звездообразования и движения космических лучей.
Турбулентность — одна из главных загадок физики, — объясняет Битти.
Она везде: в кофе, океанах, солнечном ветре, даже в пустоте между галактиками. Но в космосе все усложняется из-за магнитных полей.
Хотя частиц в межзвездном пространстве крайне мало, их движение создает слабые магнитные поля — как расплавленное ядро Земли генерирует ее магнитосферу. Эти поля в миллионы раз слабее обычного магнита на холодильнике, но именно они формируют Вселенную.
Новая модель — куб с 10 000 элементов в каждом измерении — позволяет изучать как огромные области (до 30 световых лет), так и локальные явления вроде солнечного ветра.
Раньше никто не учитывал, как резко меняется плотность межзвездной среды, — говорит Битти. — Наша симуляция это исправляет.
Уже сейчас модель проверяют на данных о солнечном ветре — и результаты обнадеживают. В будущем это поможет предсказывать «космическую погоду», которая влияет на спутники и астронавтов.
С появлением новых телескопов, таких как Square Kilometre Array, такие точные расчеты станут еще важнее.
Турбулентность прекрасна своей универсальностью, — признается Битти.
Она одинакова и в галактиках, и в чашке кофе, и на картинах Ван Гога. В этом есть какая-то магия.
Эта работа — не просто абстрактная физика. Она дает инструменты для:
- Прогнозирования космической погоды — что критично для защиты спутников и миссий на Марс.
- Понимания звездообразования — магнитные поля могут тормозить рождение звезд, и теперь мы сможем точнее моделировать эти процессы.
- Интерпретации данных новых телескопов — без подобных моделей астрономы просто «утонут» в потоке информации от SKA.
Главный вопрос — насколько реалистичны допущения модели. Межзвездная среда неоднородна, а в симуляции используются усредненные параметры.
Ранее ученые с помощью суперкомпьютера составили карту эволюции Вселенной.
