بزرگ ترین آشفتگی مغناطیسی جهان در کهکشان نقشه برداری شد

به گزارش patc «آشفتگی»(Turbulence) یا تلاطم پدیده ای فراگیر است. این پدیده از فنجان قهوه گرفته تا امواج اقیانوس و پروازهای پردست انداز مشاهده می شود. این پدیده قدرتمند تنها محدود به زمین نیست بلکه نفوذ آن در سراسر کهکشان و جهان گسترده شده است.

به نقل از آی ای با وجود گستردگی «آشفتگی ها» این پدیده همچنان یک معمای بزرگ حل نشده در فیزیک است. کارشناسان سال هاست که تلاش می کنند تا دریابند انرژی این پدیده چگونه در مقیاس های مختلف حرکت می کند. اکنون یک تیم تحقیقاتی بین المللی به سرپرستی «دانشگاه پرینستون»(Princeton) و «دانشگاه تورنتو»(Toronto) این فرآیند را با وضوحی استثنایی مشاهده کرده است.

محققان گرد هم آمدند تا چیزی را توسعه دهند که گفته می شود بزرگ ترین شبیه سازی های تاریخ از «آشفتگی مغناطیسی شده» است. در این پژوهش جدید مقیاس شبیه سازی ها نیازمند تلاشی محاسباتی معادل اجرای همزمان ۱۴۰ هزار رایانه بود.

«جیمز بیتی»(James Beattie) پژوهشگر فوق دکترا در دپارتمان علوم اخترفیزیکی «دانشگاه پرینستون» می گوید: برای درک مقیاس این شبیه سازی های عظیم اگر ما یکی از آنها را روی یک لپ تاپ شخصی همزمان با زمان اهلی کردن حیوانات توسط انسان ها آغاز می کردیم اکنون به تازگی به پایان می رسید.

«بیتی» افزود: خوشبختانه با استفاده از منابع شگفت انگیز مرکز ابررایانه «لایبنیتس»(Leibniz) می توانیم حجم کار را بین هزاران رایانه توزیع کنیم تا محاسبات را تسریع کنیم.

پدیده آشفتگی از نوع کهکشانی

این شبیه سازی ها بر آشفتگی های کهکشانی متمرکز بودند و حرکات بی نظم درون محیط «میان ستاره ای»(interstellar) را بررسی می کردند. این محیط موادی که فضاهای وسیع بین ستارگان در کهکشان ما را پر می کنند تشکیل می دهند.

محققان از طریق شبیه سازی های بسیار دقیق از «آشفتگی کهکشانی» تفاوت های چشمگیری را با مدل های دیرینه اخترفیزیکی کشف کردند. آنها دریافتند که میدان های مغناطیسی تأثیر قدرتمندی بر نحوه حرکت انرژی در این فضای کیهانی دارند.

شبیه سازی ها نشان داد که میدان های مغناطیسی در محیط «میان ستاره ای» حرکات متلاطم در مقیاس کوچک را کاهش می دهند در حالی که پدیده های موجی امواج خاصی موسوم به «امواج آلفوین»(Alfvén waves) را تقویت می کنند.

این یافته ها می تواند بینش هایی را در مورد ساختار «آشفتگی» کهکشان حرکت ذرات پرانرژی و حتی نحوه تولد ستارگان در محیط های آشفته ارائه دهد.

به گفته ناسا «آشفتگی» در مقیاس بزرگ برای تشکیل ستارگان در ابرهای مولکولی وسیع کهکشان راه شیری بسیار مهم است.

«بیتی» خاطرنشان کرد: رؤیای ما کشف ویژگی های جهانی در پدیده «آشفتگی» در سراسر جهان هستی است و ما به فشار آوردن بر محدودیت های نسل بعدی شبیه سازی ها برای آزمایش این ایده ادامه خواهیم داد.

استفاده از ابررایانه ها

هنوز یک فرآیند ریاضی کامل برای پیش بینی نحوه حرکت انرژی از مقیاس های بزرگ به کوچک در اقیانوس ها جو یا فضا وجود ندارد.

به دلیل وجود میدان های مغناطیسی مدل سازی انتقال انرژی در فضا چالش برانگیزتر است و به منابع محاسباتی قابل توجهی نیاز دارد.

به همین دلیل این تیم از قدرت محاسباتی ابررایانه «SuperMUC-NG» در مرکز «لایبنیتس» در آلمان استفاده کرد. این امر به محققان اجازه داد تا هزارها محاسبات را در یک بازه زمانی قابل مدیریت فشرده کنند.

این مدل یک مکعب مجازی عظیم است که ۱۰ هزار و ۸۰ واحد در هر ضلع تولید می کند. این بزرگ ترین شبیه سازی از «آشفتگی مغناطیسی شده» است که تاکنون ایجاد شده است و به محققان این امکان را می دهد تا پدیده ها را در گستره وسیع تری از مقیاس ها نسبت به گذشته مطالعه کنند.

پیامدهای این تحقیق فراتر از اخترفیزیک نظری است. برای سفر ایمن به فضا درک بهتر از پدیده «آشفتگی» و ایجاد ذرات پرانرژی از نظر عملی اهمیت دارد.

بنابراین پیش بینی آب و هوای فضایی برای ایمنی تجهیزات و جان انسان ها اهمیت پیدا کرده است.

«آمیتاوا باتاچارجه»(Amitava Bhattacharjee) یکی از نویسندگان این مطالعه می گوید: این پژوهش پیامدهایی برای پیش بینی و نظارت بر آب و هوای فضایی دارد تا محیط پلاسمایی اطراف ماهواره ها و مأموریت های فضایی آینده و همچنین شتاب ذرات بسیار پرانرژی را بهتر درک کنیم. این ذرات می توانند به همه چیز آسیب برسانند و جان انسان ها را در فضا به خطر بیندازند.

این مطالعه در مجله Nature Astronomy منتشر شده است.

انتهای پیام