Plasmastructuur, met verschillende kleuren die verschillende lading en gasdichtheid vertegenwoordigen
James R. Beattie et al. in 2024
De meest gedetailleerde simulatie van het chaotische supersonische plasma dat door ons universum zweeft, heeft een ingewikkelde kaart van wervelende magnetische velden onthuld.
Wolken van geladen deeltjes, of plasma, zijn alomtegenwoordig in ons universum en kunnen op kleine schaal bestaan, zoals in de zonnewind, of over grote afstanden, zoals hele sterrenstelsels. Deze wolken ervaren turbulentie, vergelijkbaar met de lucht in de atmosfeer van de aarde, die belangrijke kenmerken van ons universum dicteert, zoals hoe magnetische velden in de ruimte veranderen of hoe snel sterren ontstaan.
De chaotische aard van turbulentie, evenals het mengsel van zeer verschillende plasmasnelheden, maken het echter onmogelijk om plasmagedrag op een wiskundig nauwkeurige manier te voorspellen.
Nu hebben James Beattie van de Australian National University in Canberra en collega’s de grootste chaotische plasmasimulatie in zijn soort uitgevoerd, met behulp van de SuperMUC-NG-supercomputer in het Leibniz Supercomputing Center in Duitsland.
De onderzoekers plaatsten het plasma vast op een rooster van 10.000 kubussen, die ze kunstmatig roerden om de turbulentie erdoorheen te zien gaan, vergelijkbaar met het roeren van een kopje koffie. Het zou 10.000 jaar duren om de simulatie op een standaard single-core computer uit te voeren, zegt Beattie.
De ingewikkelde structuur van het plasma is hierboven te zien in een opmerkelijk fragment uit het simulatiegaas. De bovenste helft van de afbeelding toont de ladingsdichtheid, waarbij rode gebieden een hoge dichtheid vertegenwoordigen en blauwe gebieden een lage dichtheid. De onderste helft van de afbeelding toont de dichtheid van het gas, waarbij geeloranje kleuren een hoge dichtheid vertegenwoordigen en groen een lage dichtheid aangeeft. De witte lijnen geven de contouren aan van de resulterende magnetische veldlijnen.
Naast het leren van onderzoekers over hoe plasma normaal gesproken door ons universum beweegt, leverde de simulatie ook een onverwacht resultaat op, zegt Beatti. Het team ontdekte dat de beweging van magnetische velden van enorme plasma’s niet doorsijpelt naar de kleinste schaalniveaus, in tegenstelling tot de draaikolken in een kopje koffie, die van grote draaikolken helemaal naar de atomen zelf zouden moeten reizen.
“De mengeigenschappen op grote en kleine schaal lijken heel verschillend te zijn”, zegt Beattie. “In feite wordt het op kleine schaal veel minder turbulent dan je zou verwachten.”
Onderwerpen: