Një prerje 2D e simulimit më të madh në botë të turbulencës, që zbulon strukturën fraktale të dendësisë, e treguar në të verdhë, të zezë dhe të kuqe, dhe fushës magnetike, e treguar në të bardhë. Kredit: Simulim: J. Beattie.
Astronomët kanë zhvilluar një simulim kompjuterik për të eksploruar, me një nivel të paprecedentë detajesh, magnetizmin dhe turbulencën në median ndëryjore (ISM) — oqeanin e gjerë të gazit dhe grimcave të ngarkuara që ndodhet midis yjeve në galaktikën e Rrugës së Qumështit.
I përshkruar në një studim të publikuar në Nature Astronomy, ky model është më i fuqishmi deri më sot, dhe kërkoi kapacitetin kompjuterik të superkompjuterit SuperMUC-NG në Qendrën Leibniz për Superkompjuter në Gjermani. Ky model sfidon drejtpërdrejt kuptimin tonë për mënyrën sesi funksionon turbulenca e magnetizuar në mjediset astrofizike.
James Beattie, autori kryesor i studimit dhe studiues postdoktoral në Institutin Kanadez për Astrofizikë Teorike (CITA) në Universitetin e Torontos, është optimist se modeli do të ofrojë njohuri të reja për ISM-në, magnetizmin e galaktikës Rruga e Qumështit në tërësi, dhe fenomene të tilla si formimi i yjeve dhe përhapja e rrezeve kozmike.
“Kjo është hera e parë që mund t’i studiojmë këto fenomene me këtë nivel saktësie dhe në këto shkallë të ndryshme,” thotë ai.
Studimi është bashkautoruar me studiues nga Universiteti i Princeton-it, Universiteti Kombëtar Australian, Qendra e Ekselencës për Astrofizikë në Qiell të Gjithë të Këshillit Australian për Kërkime, Universiteti i Heidelberg-ut, Qendra për Astrofizikë, Harvard & Smithsonian, Universiteti i Harvardit dhe Akademia Bavareze e Shkencave dhe Humaniteteve.
Turbulenca mbetet një nga problemet më të mëdha të pazgjidhura në mekanikën klasike, thotë Beattie, i cili mban gjithashtu një pozicion të përbashkët në Universitetin e Princeton-it. “Kjo megjithëse turbulenca është e kudogjendur: nga përzierja e qumështit në kafe te rrjedhat kaotike në oqeane, era diellore, media ndëryjore, madje edhe plazma ndërgalaktike.
“Ajo që e dallon ambientin astrofizik është prania e fushave magnetike, të cilat ndryshojnë në mënyrë themelore natyrën e rrjedhave të turbullta.”
Ndërkohë që në hapësirën ndëryjore ka shumë më pak grimca sesa në eksperimentet ultra-vakuume në Tokë, lëvizjet e tyre janë të mjaftueshme për të gjeneruar një fushë magnetike, e ngjashme me mënyrën si lëvizja e bërthamës së shkrirë të Tokës gjeneron fushën tonë magnetike.
Superkompjuteri SuperMUC-NG në Qendrën e Superkompjuterëve Leibniz (LRZ) në Mynih është një nga sistemet kompjuterike më të fuqishme në Evropë. Ai mbështet kërkimin më të avancuar në fusha si astrofizika, shkencat e jetës dhe inteligjenca artificiale, duke mundësuar simulime dhe përpunime të dhënash në shkallë masive. Modeli i Beattie u zhvillua përmes ekuivalentit të 140,000 kompjuterëve që punojnë njëkohësisht, duke përdorur mbi 80 milionë orë kompjuterike në total. Ende nuk ekziston një kornizë e plotë matematikore për të parashikuar se si energjia kalon nga shkallët e mëdha në ato të vogla — në oqeane, atmosferë apo në plazmën dhe pluhurin ndërmjet yjeve. Në hapësirë, problemi është edhe më kompleks për shkak të magnetizmit.
Dhe megjithëse fusha magnetike galaktike është disa miliona herë më e dobët se një magnet frigoriferi, ajo mbetet një nga forcat që formëson kozmosin.
Modeli më i madh i Beattie është një kub me 10,000 njësi në çdo dimension, që ofron shumë më shumë detaje sesa modelet e mëparshme. Përveç rezolucionit të lartë, modeli është i shkallëzueshëm dhe mund të simulojë, në versionin më të madh, një vëllim hapësinor prej rreth 30 vite drite në çdo anë; në versionin më të vogël, ai mund të zvogëlohet me një faktor prej rreth 5,000.
Në përmasën më të madhe, modeli mund të përmirësojë kuptimin tonë për fushën magnetike të përgjithshme të Rrugës së Qumështit. Kur shkallëzohet, ndihmon në kuptimin e proceseve më të “kompaktuara” si era diellore që rrjedh nga Dielli dhe ndikon ndjeshëm Tokën.
Për shkak të rezolucionit të tij të lartë, modeli mund të japë njohuri më të thella edhe për formimin e yjeve. “E dimë që presioni magnetik kundërshton formimin e yjeve duke shtyrë përjashta kundrejt gravitetit që përpiqet të kolapsojë një nebulë,” thotë Beattie. “Tani mund të kuantifikojmë në detaje se çfarë të presim nga turbulenca magnetike në ato shkallë.”
Përveç rezolucionit të lartë dhe shkallëzueshmërisë, modeli shënon një përparim të rëndësishëm duke simuluar ndryshimet dinamike në dendësinë e ISM-së — nga një vakum i jashtëzakonshëm deri tek dendësitë më të larta në nebulat ku formohen yjet.
“Ajo që kap simulimi ynë shumë mirë,” thotë Beattie, “janë ndryshimet ekstreme në dendësinë e ISM-së, diçka që modelet e mëparshme nuk e kishin marrë parasysh.”
Ndërsa zhvillon gjeneratën e ardhshme të modelit — me rezolucion edhe më të lartë ndër të tjera — Beattie po e teston simulimin edhe kundrejt të dhënave të mbledhura nga vëzhgimet e sistemit Diell-Tokë.
“Ne kemi filluar tashmë të testojmë nëse modeli përputhet me të dhënat ekzistuese nga era diellore dhe Toka — dhe rezultatet janë shumë të mira,” thotë Beattie.
“Kjo është shumë emocionuese sepse do të thotë që mund të mësojmë për motin hapësinor përmes simulimit tonë. Mot i hapësirës është shumë i rëndësishëm sepse flasim për grimca të ngarkuara që bombardojnë satelitët dhe njerëzit në hapësirë, si dhe kanë efekte të tjera në Tokë.”
Sipas Beattie, modeli i ri vjen në një kohë me interes në rritje për turbulencën astrofizike, si dhe me shtimin e vëzhgimeve të ISM-së. Dhe me pajisje të reja si Square Kilometer Array (SKA) që do të fillojnë punën — me aftësi për të matur luhatjet e fushave magnetike të turbullta në galaktikë me detaje të mëdha — kuadrot teorike të sakta si ky model do të bëhen edhe më të rëndësishme.
Një nga gjërat që e tërheq Beattie në këtë fushë kërkimi është konsistenca e saj elegante — nga plazma ndërgalaktike te rrotullimi i një filxhani me kafe.
“Më pëlqen të bëj kërkime për turbulencën për shkak të universalitetit të saj,” thotë Beattie. “Ajo duket njësoj nëse shikon plazmën ndërmjet galaktikave, brenda galaktikave, në sistemin diellor, në një filxhan kafeje apo në ‘Ylberin e Natës’ të Van Gogh-ut.
“Ka diçka shumë romantike në mënyrën se si shfaqet në këto nivele të ndryshme, dhe kjo është shumë emocionuese.”
