Câmpurile magnetice sunt peste tot în univers – planete, stele, galaxii întregi – și sunt surprinzător de bine organizate pentru ceva care, după toate regulile, ar trebui să fie un dezordine totală. Timp de decenii, oamenii de știință s-au scărpinat în cap întrebându-se cum dezordinea din spațiu reușește să producă o ordine la scară atât de mare. Acum, cercetătorii de la Universitatea Wisconsin-Madison cred că au găsit piesa lipsă, și implică niște calcule cu adevărat masive.

Într-un nou studiu publicat în Nature, echipa a rulat simulări pe supercomputer atât de detaliate încât au folosit 137 de miliarde de puncte de grilă în spațiul 3D. Nu este o greșeală de tipar. Simulările, care au generat 0,25 petabyți de date și au consumat aproape 100 de milioane de ore CPU pe supercomputerul Anvil de la Universitatea Purdue, s-au concentrat pe modul în care fluxurile de plasmă turbulentă pot dezvolta spontan structuri organizate asemănătoare unor jeturi – și, la rândul lor, pot crea câmpuri magnetice mari.

„Câmpurile magnetice din cosmos sunt la scară largă și ordonate, dar înțelegerea noastră despre cum sunt generate aceste câmpuri este că ele provin dintr-un fel de mișcare turbulentă,” a spus autorul principal al studiului, Bindesh Tripathi, fost student la fizică la UW-Madison, acum la Universitatea Columbia. „Având în vedere că turbulența este cunoscută ca un agent distructiv, întrebarea rămâne: cum creează ea un câmp constructiv, la scară largă?”

Cheia, a descoperit echipa, a fost adăugarea unui gradient de viteză reînnoit constant – practic, diferite părți ale unui sistem care se mișcă cu viteze diferite, ca un biciclist care lovește o bordură în timp ce bicicleta se oprește, dar călărețul continuă. Același lucru se întâmplă în interiorul Soarelui și în timpul fuziunilor de stele neutronice. Când cercetătorii au rulat simulări fără acel gradient constant la scară largă, structurile magnetice organizate nu s-au format niciodată. Haosul a domnit. Cu gradientul? Ordinea a apărut.

„Deci aceasta este cu adevărat cheia principală: să ai un gradient constant, la scară largă, în viteză,” a subliniat Tripathi.

Nu este doar un moft academic. Descoperirile ar putea ajuta la explicarea a tot, de la formarea găurilor negre la fuziunile de stele neutronice, până la motivul pentru care furtunile solare țintesc uneori direct Pământul. Și ar putea rezolva în sfârșit un mister vechi de 70 de ani despre dínamo magnetice – procesele care generează câmpuri magnetice – care au refuzat cu încăpățânare să producă structurile mari și ordonate pe care astronomii le observă de fapt.

„Generarea câmpurilor magnetice prin dínamo a fost studiată intens timp de 70 de ani, cu rezultatul frustrant că câmpurile generate ajung aproape întotdeauna la scări mici și sunt foarte dezordonate, spre deosebire de observații,” a spus Paul Terry, profesor de fizică la UW-Madison și autor principal. „Prin urmare, această lucrare rezolvă potențial o problemă de lungă durată.”

Deși nu putem testa exact acest lucru în medii cosmice îndepărtate, experimente de laborator anterioare din 2012 la Laboratorul de Fizică a Plasmei din Wisconsin – care au nedumerit teoriile existente – acum au mult mai mult sens. Așadar, felicitări supercomputerului: ai făcut în sfârșit magnetismul spațial puțin mai puțin misterios.