Группа международных исследователей представила результаты моделирования турбулентности в межзвёздной среде (МЗС). Работа выявила, как магнитные поля влияют на перераспределение энергии в космической плазме, используя впечатляющее разрешение в 10,0803 ячеек. Это трёхмерная модель, делящая пространство на 1,025 триллиона элементов, превышающая детализацию предыдущих моделей в 10 раз. Впервые удалось проследить, как взаимодействуют процессы на различных уровнях — от галактических облаков до микроскопических возмущений.
Главным открытием стало обнаружение двух независимых каскадов кинетической энергии. В областях с низким уровнем намагниченности и сверхзвуковыми характеристиками энергия перераспределяется с индексом n ≈ 2, где доминируют нелокальные взаимодействия. В зонах с высокой намагниченностью и дозвуковым характером спектр меняется до n ≈ 3/2 из-за локальных процессов и выравнивания векторов скорости и магнитного поля. «Это как разделить океан на течения и вихри — каждый режим подчиняется своим законам», — объяснил ведущий автор Джеймс Битти.
Неожиданное открытие касается спектра магнитной энергии (n ≈ 9/5) в намагниченных областях, который не соответствует ни одной из существующих теорий. «Это отклонение указывает на пробелы в наших знаниях о фундаментальных процессах в физике плазмы», — отметил соавтор Амитава Бхаттачарджи. Для проведения расчётов понадобились мощности суперкомпьютеров, эквивалентные работе ноутбука в течение 5 000 лет — со времён строительства первых мегалитов. Эти ресурсы позволили впервые смоделировать мелкомасштабное динамо, генерацию магнитных полей в турбулентной среде, что ранее не удавалось полноценно интегрировать в модели МЗС.
Практическую значимость исследования связывают с прогнозами космической погоды. Полученные данные помогут предсказывать всплески солнечного ветра, которые могут представлять угрозу для спутников и астронавтов. «Спектральные индексы, полученные в результате симуляций, будут ориентиром для радиотелескопов нового поколения, таких как Square Kilometre Array», — добавил Бхаттачарджи. Эти приборы, которые начнут работать к 2030 году, позволят проверить, поддерживается ли турбулентность в Млечном Пути внутренними движениями плазмы.
Исследователи открыли доступ к исходным данным на GitHub, включая спектры энергии и структурные функции, что ускорит проверку результатов другими учёными. Работа также раскрывает новые аспекты в звездообразовании: турбулентность оказывает влияние на фрагментацию газовых облаков, что определяет, где и как формируются звёзды. Дальнейшие исследования помогут уточнить модели эволюции галактик и разработать методы защиты космической инфраструктуры.
Источник: iXBT
