I campi magnetici sono ovunque nell'universo - pianeti, stelle, intere galassie - e sono sorprendentemente ben organizzati per qualcosa che, di diritto, dovrebbe essere un pasticcio caotico. Per decenni, gli scienziati si sono grattati la testa su come il disordine nello spazio riesca a produrre un ordine su larga scala. Ora, i ricercatori dell'Università del Wisconsin-Madison pensano di aver trovato il pezzo mancante, e coinvolge un'elaborazione numerica davvero massiccia.

In un nuovo studio pubblicato su Nature, il team ha eseguito simulazioni al supercomputer così dettagliate da utilizzare 137 miliardi di punti griglia nello spazio 3D. Non è un errore di battitura. Le simulazioni, che hanno generato 0,25 petabyte di dati e consumato quasi 100 milioni di ore CPU sul supercomputer Anvil della Purdue University, si sono concentrate su come i flussi di plasma turbolento possano sviluppare spontaneamente strutture organizzate simili a getti - e, a loro volta, creare grandi campi magnetici.

"I campi magnetici attraverso il cosmo sono su larga scala e ordinati, ma la nostra comprensione di come questi campi vengono generati è che provengono da qualche tipo di moto turbolento," ha detto l'autore principale dello studio Bindesh Tripathi, ex studente di fisica dell'UW-Madison ora alla Columbia University. "Dato che la turbolenza è nota per essere un agente distruttivo, la domanda rimane: come fa a creare un campo costruttivo su larga scala?"

La chiave, ha scoperto il team, è stata aggiungere un gradiente di velocità costantemente rinnovato - fondamentalmente, parti diverse di un sistema che si muovono a velocità diverse, come un ciclista che colpisce un marciapiede mentre la bici si ferma ma il ciclista continua. La stessa cosa accade all'interno del Sole e durante le fusioni di stelle di neutroni. Quando i ricercatori hanno eseguito simulazioni senza quel gradiente costante su larga scala, le strutture magnetiche organizzate non si sono mai formate. Il caos regnava. Con il gradiente? L'ordine è emerso.

"Quindi questa è davvero la chiave principale: avere un gradiente di velocità costante su larga scala," ha sottolineato Tripathi.

Non è solo un'elucubrazione accademica. I risultati potrebbero aiutare a spiegare qualsiasi cosa, dalla formazione dei buchi neri alle fusioni di stelle di neutroni, fino al motivo per cui le tempeste solari a volte puntano direttamente verso la Terra. E potrebbero finalmente risolvere un mistero di 70 anni sui dinamo magnetici - i processi che generano campi magnetici - che hanno ostinatamente rifiutato di produrre le strutture grandi e ordinate che gli astronomi effettivamente osservano.

"La generazione di campi magnetici tramite dinamo è stata ampiamente studiata per 70 anni, con il frustrante risultato che i campi generati finiscono quasi sempre su piccola scala e altamente disordinati, a differenza delle osservazioni," ha detto Paul Terry, professore di fisica all'UW-Madison e autore senior. "Questo lavoro, quindi, risolve potenzialmente un problema di lunga data."

Anche se non possiamo esattamente testarlo in ambienti cosmici lontani, esperimenti di laboratorio precedenti del 2012 al Wisconsin Plasma Physics Laboratory - che sconcertavano le teorie esistenti - ora hanno molto più senso. Quindi, congratulazioni al supercomputer: hai finalmente reso il magnetismo spaziale leggermente meno misterioso.