Les champs magnétiques sont partout dans l'univers - planètes, étoiles, galaxies entières - et ils sont étonnamment bien organisés pour quelque chose qui devrait, en toute logique, être un foutoir chaotique. Pendant des décennies, les scientifiques se sont gratté la tête en se demandant comment le désordre spatial parvient à produire un ordre à si grande échelle. Aujourd'hui, des chercheurs de l'Université du Wisconsin-Madison pensent avoir trouvé la pièce manquante, et cela implique un véritable massacre de chiffres.

Dans une nouvelle étude publiée dans Nature, l'équipe a réalisé des simulations sur superordinateur si détaillées qu'elles ont utilisé 137 milliards de points de grille en 3D. Ce n'est pas une faute de frappe. Les simulations, qui ont généré 0,25 pétaoctet de données et consommé près de 100 millions d'heures CPU sur le superordinateur Anvil de l'Université Purdue, se sont concentrées sur la façon dont les écoulements de plasma turbulents peuvent développer spontanément des structures organisées en forme de jets - et, en retour, créer de grands champs magnétiques.

« Les champs magnétiques à travers le cosmos sont à grande échelle et ordonnés, mais notre compréhension de la façon dont ces champs sont générés est qu'ils proviennent d'une sorte de mouvement turbulent », a déclaré l'auteur principal de l'étude, Bindesh Tripathi, ancien étudiant diplômé en physique à UW-Madison maintenant à l'Université Columbia. « Étant donné que la turbulence est connue pour être un agent destructeur, la question demeure : comment crée-t-elle un champ constructif à grande échelle ? »

La clé, a découvert l'équipe, était d'ajouter un gradient de vitesse constamment renouvelé - essentiellement, différentes parties d'un système se déplaçant à des vitesses différentes, comme un cycliste qui heurte un trottoir alors que le vélo s'arrête mais que le cycliste continue. La même chose se produit à l'intérieur du Soleil et lors des fusions d'étoiles à neutrons. Lorsque les chercheurs ont effectué des simulations sans ce gradient constant à grande échelle, les structures magnétiques organisées ne se sont jamais formées. Le chaos régnait. Avec le gradient ? L'ordre a émergé.

« C'est donc vraiment la clé principale : avoir un gradient de vitesse constant à grande échelle », a souligné Tripathi.

Ce n'est pas seulement une introspection académique. Les résultats pourraient aider à expliquer tout, de la formation des trous noirs aux fusions d'étoiles à neutrons, en passant par la raison pour laquelle les tempêtes solaires visent parfois directement la Terre. Et ils pourraient enfin résoudre un mystère vieux de 70 ans concernant les dynamos magnétiques - les processus qui génèrent les champs magnétiques - qui ont obstinément refusé de produire les grandes structures ordonnées que les astronomes observent réellement.

« La génération de champs magnétiques via les dynamos a été étudiée de manière approfondie pendant 70 ans, avec le résultat frustrant que les champs générés se retrouvent presque toujours à petite échelle et hautement désordonnés, contrairement aux observations », a déclaré Paul Terry, professeur de physique à UW-Madison et auteur principal. « Ce travail résout donc potentiellement un problème de longue date. »

Bien que nous ne puissions pas exactement tester cela dans des environnements cosmiques lointains, des expériences de laboratoire antérieures de 2012 au Wisconsin Plasma Physics Laboratory - qui avaient déconcerté les théories existantes - ont désormais beaucoup plus de sens. Alors, félicitations au superordinateur : tu as enfin rendu le magnétisme spatial légèrement moins mystérieux.