Симуляция суперкомпьютера раскрывает тайны межзвездного пространства

Если вы когда-нибудь наблюдали, как молоко смешивается с кофе, создавая вихри, вы видели турбулентность в действии. Это явление встречается повсюду — от турбулентности в полете до океанских течений. Теперь ученые смогли визуализировать турбулентность в межзвездной среде — облаках газа и заряженных частиц между звездами — с беспрецедентной детализацией. Новое исследование, опубликованное 13 мая в журнале Nature Astronomy, раскрывает, как эти процессы взаимодействуют с магнитными полями.

«Впервые мы можем изучать эти явления с такой точностью и на разных масштабах», — говорит Джеймс Битти, астрофизик из Университета Торонто и Принстона.

Для создания модели ученые использовали суперкомпьютер SuperMUC-NG в Leibniz Supercomputing Centre (Германия). Модель масштабируема: она состоит из виртуальных модулей, которые можно комбинировать в кубы до 10 000 единиц. В таком размере она способна имитировать магнитное поле нашей галактики, а в уменьшенном масштабе — локальные процессы, такие как солнечный ветер.

• Мощность вычислений: SuperMUC-NG выполняет до 26,9 петафлопс (26,9 × 10¹⁵ операций в секунду).
• Объем данных: Симуляция обрабатывает триллионы частиц, моделируя их движение в магнитном поле.

Межзвездная среда крайне разрежена — плотность частиц в ней ниже, чем в самых мощных вакуумных установках на Земле. Однако их движение генерирует магнитное поле, которое, несмотря на слабость (в миллионы раз слабее магнита на холодильнике), играет ключевую роль в формировании галактик и звезд.

1. Галактическая эволюция: Турбулентность влияет на распределение вещества, из которого рождаются звезды.
2. Солнечный ветер: Модель помогает понять, как заряженные частицы от Солнца взаимодействуют с межпланетной средой.

Ученые планируют сопоставить симуляцию с измерениями солнечного ветера и данными новых обсерваторий, таких как Square Kilometre Array (SKA) — крупнейший радиотелескоп, строящийся в Австралии и Южной Африке. Это позволит уточнить модель и сделать ее еще точнее.

Джеймс Битти отмечает, что турбулентность универсальна: «Она выглядит одинаково — будь то плазма между галактиками, внутри них, в солнечной системе, в чашке кофе или на картине Ван Гога "Звездная ночь"».

Исследователи работают над повышением детализации модели и расширением ее возможностей. В будущем это может привести к новым открытиям в астрофизике, включая понимание того, как магнитные поля формируют Вселенную.