Градиент скорости в плазме создает упорядоченные магнитные поля во Вселенной

Исследователи Университета Висконсина-Мэдисона раскрыли механизм формирования больших магнитных полей во Вселенной из турбулентной плазмы. Работа опубликована в журнале Nature и основана на результатах суперкомпьютерных симуляций высокой сложности.

Ученые провели около 90 компьютерных симуляций на суперкомпьютере Anvil, используя 137 миллиардов точек сетки в трехмерном пространстве. На расчеты было затрачено почти 100 миллионов процессорных часов, в результате чего получен объем данных в 0,25 петабайта. Исследование показало, что крупномасштабные упорядоченные магнитные структуры формируются в результате взаимодействия турбулентной плазмы с устойчивыми градиентами скорости.

Градиент скорости возникает, когда разные части системы движутся с разными скоростями. Команда выявила, что при наличии постоянно обновляемого крупномасштабного градиента скорости мелкомасштабные турбулентные возмущения со временем перерастают в крупные организованные магнитные структуры. Без такого градиента система остается хаотичной и неупорядоченной.

Это открытие разрешает давнюю проблему магнитной динамики, которую астрофизики изучают около семидесяти лет. Существующие теоретические модели не могли объяснить, как из беспорядочной турбулентности возникают наблюдаемые в космосе крупные и упорядоченные магнитные поля в звездах, галактиках и других объектах.

Новая модель согласуется с экспериментальными результатами, полученными в 2012 году в Висконсинской лаборатории физики плазмы, где было зафиксировано магнитное поведение, которое предыдущие теории не могли объяснить.

Полученные результаты применимы к различным астрофизическим явлениям, включая образование черных дыр, слияние нейтронных звезд, магнитную динамику звезд и предсказание солнечных выбросов, влияющих на космическую погоду вблизи Земли.