Os campos magnéticos estão em toda parte no universo - planetas, estrelas, galáxias inteiras - e são surpreendentemente bem organizados para algo que, por direito, deveria ser uma bagunça caótica. Por décadas, cientistas coçaram a cabeça sobre como a desordem no espaço consegue produzir tamanha ordem em larga escala. Agora, pesquisadores da Universidade de Wisconsin-Madison acham que encontraram a peça que faltava, e isso envolve uma quantidade verdadeiramente massiva de processamento numérico.
Em um novo estudo publicado na Nature, a equipe executou simulações de supercomputador tão detalhadas que usaram 137 bilhões de pontos de grade no espaço 3D. Isso não é um erro de digitação. As simulações, que geraram 0,25 petabytes de dados e consumiram quase 100 milhões de horas de CPU no supercomputador Anvil da Universidade Purdue, focaram em como fluxos de plasma turbulentos podem desenvolver espontaneamente estruturas organizadas semelhantes a jatos - e, por sua vez, criar grandes campos magnéticos.
"Os campos magnéticos em todo o cosmos são de grande escala e ordenados, mas nosso entendimento de como esses campos são gerados é que eles vêm de algum tipo de movimento turbulento", disse o autor principal do estudo, Bindesh Tripathi, ex-aluno de pós-graduação em física da UW-Madison agora na Universidade Columbia. "Dado que a turbulência é conhecida por ser um agente destrutivo, a questão permanece: como ela cria um campo construtivo e de grande escala?"
A chave, a equipe descobriu, foi adicionar um gradiente de velocidade constantemente renovado - basicamente, diferentes partes de um sistema se movendo em velocidades diferentes, como um ciclista batendo em um meio-fio enquanto a bicicleta para, mas o ciclista continua. A mesma coisa acontece dentro do Sol e durante fusões de estrelas de nêutrons. Quando os pesquisadores executaram simulações sem esse gradiente constante de grande escala, as estruturas magnéticas organizadas nunca se formaram. O caos reinou. Com o gradiente? A ordem emergiu.
"Então essa é realmente a chave principal: ter um gradiente constante e de grande escala na velocidade", enfatizou Tripathi.
Isso não é apenas devaneio acadêmico. As descobertas podem ajudar a explicar tudo, desde a formação de buracos negros até fusões de estrelas de nêutrons e por que tempestades solares às vezes miram direto na Terra. E podem finalmente resolver um mistério de 70 anos sobre dínamos magnéticos - os processos que geram campos magnéticos - que teimosamente se recusaram a produzir as grandes estruturas ordenadas que os astrônomos realmente observam.
"A geração de campos magnéticos via dínamos tem sido extensivamente estudada por 70 anos, com o resultado frustrante de que os campos gerados quase sempre acabam em pequenas escalas e altamente desordenados, ao contrário das observações", disse Paul Terry, professor de física na UW-Madison e autor sênior. "Este trabalho, portanto, potencialmente resolve uma questão de longa data."
Embora não possamos exatamente testar isso em ambientes cósmicos distantes, experimentos de laboratório anteriores de 2012 no Wisconsin Plasma Physics Laboratory - que deixaram as teorias existentes perplexas - agora fazem muito mais sentido. Então, parabéns ao supercomputador: você finalmente tornou o magnetismo espacial ligeiramente menos misterioso.