Los campos magnéticos están por todas partes en el universo: planetas, estrellas, galaxias enteras, y están sorprendentemente bien organizados para algo que, por derecho propio, debería ser un desastre caótico. Durante décadas, los científicos se han rascado la cabeza preguntándose cómo el desorden en el espacio logra producir un orden a gran escala. Ahora, investigadores de la Universidad de Wisconsin-Madison creen haber encontrado la pieza faltante, y esto implica un cálculo numérico verdaderamente masivo.
En un nuevo estudio publicado en Nature, el equipo ejecutó simulaciones en supercomputadora tan detalladas que usaron 137 mil millones de puntos de cuadrícula en espacio 3D. No es un error tipográfico. Las simulaciones, que generaron 0,25 petabytes de datos y consumieron casi 100 millones de horas de CPU en la supercomputadora Anvil de la Universidad de Purdue, se centraron en cómo los flujos de plasma turbulento pueden desarrollar espontáneamente estructuras organizadas similares a chorros y, a su vez, crear grandes campos magnéticos.
"Los campos magnéticos en todo el cosmos son de gran escala y ordenados, pero nuestra comprensión de cómo se generan estos campos es que provienen de algún tipo de movimiento turbulento", dijo el autor principal del estudio, Bindesh Tripathi, ex estudiante de posgrado en física de UW-Madison ahora en la Universidad de Columbia. "Dado que se sabe que la turbulencia es un agente destructivo, la pregunta sigue siendo: ¿cómo crea un campo constructivo y de gran escala?"
La clave, según encontró el equipo, fue agregar un gradiente de velocidad constantemente renovado: básicamente, diferentes partes de un sistema moviéndose a diferentes velocidades, como un ciclista que golpea un bordillo mientras la bicicleta se detiene pero el ciclista sigue adelante. Lo mismo sucede dentro del Sol y durante las fusiones de estrellas de neutrones. Cuando los investigadores ejecutaron simulaciones sin ese gradiente constante de gran escala, las estructuras magnéticas organizadas nunca se formaron. Reinó el caos. ¿Con el gradiente? Surgió el orden.
"Así que esa es realmente la clave principal: tener un gradiente de velocidad constante y de gran escala", enfatizó Tripathi.
Esto no es solo una reflexión académica. Los hallazgos podrían ayudar a explicar todo, desde la formación de agujeros negros hasta fusiones de estrellas de neutrones y por qué las tormentas solares a veces apuntan directamente a la Tierra. Y finalmente podrían resolver un misterio de 70 años sobre los dínamos magnéticos (los procesos que generan campos magnéticos), que obstinadamente se han negado a producir las grandes estructuras ordenadas que los astrónomos realmente observan.
"La generación de campos magnéticos mediante dínamos se ha estudiado extensamente durante 70 años, con el resultado frustrante de que los campos generados casi siempre terminan en escalas pequeñas y altamente desordenados, a diferencia de las observaciones", dijo Paul Terry, profesor de física en UW-Madison y autor principal. "Por lo tanto, este trabajo potencialmente resuelve un problema de larga data".
Si bien no podemos probar esto exactamente en entornos cósmicos distantes, experimentos de laboratorio anteriores de 2012 en el Laboratorio de Física de Plasma de Wisconsin, que desconcertaron las teorías existentes, ahora tienen mucho más sentido. Así que, felicidades a la supercomputadora: finalmente has hecho que el magnetismo espacial sea ligeramente menos misterioso.