|
Удивительная турбулентность нашей галактики
|
|
|
|
Астрономы разработали компьютерное моделирование, чтобы с беспрецедентной детализацией исследовать магнетизм и турбулентность в межзвездной среде (ISM) — огромном океане газа и заряженных частиц, который находится между звездами в галактике Млечный Путь.
|
|
|
|
Описанная в исследовании, опубликованном в журнале Nature Astronomy, модель является самой мощной на сегодняшний день и требует вычислительных возможностей суперкомпьютера SuperMUC-NG в суперкомпьютерном центре Лейбница в Германии. Это напрямую бросает вызов нашему пониманию того, как работает намагниченная турбулентность в астрофизических средах.
|
|
|
|
Джеймс Битти, ведущий автор статьи и научный сотрудник Канадского института теоретической астрофизики (CITA) при Университете Торонто, надеется, что модель позволит по-новому взглянуть на ISM, магнетизм галактики Млечный Путь в целом и астрофизические явления, такие как звездообразование и магнитное поле. распространение космических лучей.
|
|
|
|
"Это первый раз, когда мы можем изучать эти явления с такой точностью и в таких разных масштабах", - говорит он.
|
|
|
|
Статья была написана в соавторстве с исследователями из Принстонского университета, Австралийского национального университета, Центра передового опыта Австралийского исследовательского совета в области астрофизики всего неба, Гейдельбергского университета, Центра астрофизики Гарварда и Смитсоновского института, Гарвардского университета и Баварской академии наук и гуманитарных наук.
|
|
|
|
|
|
|
"Турбулентность остается одной из величайших нерешенных проблем классической механики", - говорит Битти, который также работает в Принстонском университете. "И это несмотря на то, что турбулентность вездесуща: от кружащегося молока в нашем кофе до хаотических потоков в океанах, солнечного ветра, межзвездной среды и даже плазмы между галактиками.
|
|
|
|
"Ключевым отличием астрофизических сред является наличие магнитных полей, которые коренным образом изменяют природу турбулентных потоков".
|
|
|
|
Хотя в межзвездном пространстве гораздо меньше частиц, чем в экспериментах со сверхвысоким вакуумом на Земле, их движения достаточно, чтобы создать магнитное поле, похожее на то, как движение расплавленного ядра нашей планеты создает магнитное поле Земли.
|
|
|
|
И хотя магнитное поле галактики в несколько миллионов раз слабее магнита на холодильнике, оно, тем не менее, является одной из сил, формирующих космос.
|
|
|
|
Самая крупная версия модели Битти представляет собой куб с 10 000 единицами измерения, который обеспечивает гораздо большую детализацию, чем предыдущие модели. В дополнение к высокому разрешению, модель масштабируема и может моделировать, в самом большом масштабе, объем пространства размером около 30 световых лет в поперечнике; в самом маленьком масштабе она может быть уменьшена примерно в 5000 раз.
|
|
|
|
В самом широком смысле эта модель может улучшить наше понимание общего магнитного поля галактики Млечный Путь. При уменьшении масштаба она поможет астрономам лучше понять более "компактные" процессы, такие как солнечный ветер, который распространяется от Солнца и оказывает значительное влияние на Землю.
|
|
|
|
Благодаря более высокому разрешению модель также обладает потенциалом для более глубокого понимания процессов звездообразования. "Мы знаем, что магнитное давление препятствует звездообразованию, преодолевая силу тяжести, которая пытается сжать звездообразующую туманность", - говорит Битти. "Теперь мы можем детально оценить, чего ожидать от магнитной турбулентности в таких масштабах".
|
|
|
|
В дополнение к более высокому разрешению и масштабируемости, модель также знаменует собой значительный прогресс, поскольку моделирует динамические изменения плотности ISM — от невероятно разреженного почти вакуума до более высоких плотностей, наблюдаемых в звездообразующих туманностях.
|
|
|
|
"Что наше моделирование действительно хорошо отражает, - говорит Битти, - так это экстремальные изменения плотности ISM, которые предыдущие модели не учитывали".
|
|
|
|
Разрабатывая модель следующего поколения, обладающую, помимо прочего, еще более высоким разрешением, Битти также тестирует свое моделирование на основе данных, собранных в ходе наблюдений за системой Солнце-Земля.
|
|
|
|
"Мы уже начали тестировать, соответствует ли модель существующим данным о солнечном ветре и Земле, и все выглядит очень хорошо", — говорит Битти.
|
|
|
|
"Это очень интересно, потому что это означает, что мы можем изучать космическую погоду с помощью нашего моделирования. Космическая погода очень важна, потому что мы говорим о заряженных частицах, которые бомбардируют спутники и людей в космосе и оказывают другие воздействия на землю".
|
|
|
|
По словам Битти, новая модель появилась в период растущего интереса к астрофизической турбулентности, а также растущего числа наблюдений за ISM. А с появлением новых приборов, таких как Square Kilometer Array (SKA), которые позволяют в мельчайших деталях измерять колебания турбулентных магнитных полей по всей галактике, точные теоретические основы, подобные разработанным им, для интерпретации магнитной турбулентности станут еще более важными.
|
|
|
|
Одной из особенностей, привлекающих Битти к этому исследованию, является его элегантная консистенция — от межгалактической плазмы до завитков в чашке кофе.
|
|
|
|
"Мне нравится заниматься исследованиями турбулентности из-за их универсальности", - говорит Битти. "Это выглядит одинаково, независимо от того, смотрите ли вы на плазму между галактиками, внутри галактик, внутри Солнечной системы, в чашке кофе или на картине Ван Гога "Звездная ночь".
|
|
|
|
"Есть что-то очень романтичное в том, как это проявляется на всех этих разных уровнях, и я думаю, что это очень захватывающе".
|
|
|
|
Источник
|
