A kozmikus rend rejtélye
Képzeld el, hogy egy hurrikán közepén állsz, és közben egy tökéletesen egyenes vonalat látsz. Valami ilyesmit próbálnak megfejteni az asztrofizikusok évtizedek óta, amikor az űrben található mágneses tereket vizsgálják.
Ezek az erők mindenütt jelen vannak. Bolygók körül kavarognak, csillagokból áradnak ki, és egész galaxisokon keresztül húzódnak. Nagyon erősek, és komoly hatással vannak arra, hogyan mozognak a részecskék, hogyan alakulnak a napkitörések, vagy éppen hogyan jönnek létre a galaxisok.
A különös mégis az, hogy ezek a terek rendezettek és hatalmasak. Pedig a plazma kaotikus mozgásából születnek — vagyis ionizált gázok kavarodásából. Mintha egy tornádó szabályos mintázatot hozna létre. Elméletileg nem kéne működnie. Mégis működik.
Hetven évnyi kudarc
A kutatók már hetven éve próbálják megérteni, hogyan jönnek létre ezek a terek. A „dinamó” elmélet szerint a plazma turbulens mozgása hozza létre őket. A számítógépes modellek azonban évtizedeken át csak apró, rendezetlen mágneses struktúrákat mutattak. Semmi olyat, amit a valóságban látnak a csillagászok.
Ez a fajta ellentmondás sok fizikust álmatlan éjszakákra kényszerített.
Szuper-számítógépek a segítségül
Bindesh Tripathi és csapata a Wisconsin-Madison Egyetemen más utat választott. Nem finomították a régi modelleket. Inkább brutális számítási kapacitást vetettek be.
137 milliárd rácspontos szimulációkat futtattak három dimenzióban. Kilencven különböző esetet vizsgáltak. Összesen közel 100 millió processzorórát használtak fel a Purdue Egyetem Anvil nevű szuperszámítógépén. A végeredmény: negyed petabájtnyi adat.
A kulcs a sebességkülönbség
A nagy számítási teljesítmény végül egy egyszerű dolgot hozott felszínre: a sebességgradiens jelentőségét. Ez azt jelenti, hogy egy rendszeren belül egyes részek gyorsabban, mások lassabban mozognak.
Ilyen jelenség például, amikor biciklizés közben hirtelen egy járdaszegélybe ütközöl. A kerék megáll, de a tested tovább akar haladni. Hasonló sebességkülönbségek fordulnak elő a Nap belsejében, neutroncsillagok összeolvadásakor, vagy más kozmikus környezetekben is.
Tripathi csapata úgy döntött, hogy ezt a hatást állandóan fenntartja a szimulációkban — mintha folyamatosan kavarnák a keveréket.
A káoszból rend lesz
Az eredmény meglepő volt. A turbulencia és a kis zavarok kezdetben kaotikusak maradtak. Idővel azonban nagy léptékű, rendezett mágneses terek alakultak ki belőlük. Pont olyanok, amilyeneket a valódi univerzumban is megfigyelnek.
Amikor viszont a sebességgradienst eltávolították a modellből, minden rendezetlen maradt. A rendszer nem tudott rendeződni.
„A legfontosabb, hogy legyen egy állandó, nagy léptékű sebességkülönbség” — hangsúlyozta Tripathi.
Miért számít ez?
A felfedezésnek gyakorlati jelentősége is van. Segíthet például abban, hogy jobban előre jelezzük az űridőjárást, megértsük a fekete lyukak anyagfelvételét, vagy pontosabban modellezzük a csillagok belső folyamatait.
A laboratóriumi eredmények is passzolnak
A modell egyik legnagyobb erőssége, hogy nem csak elméleti szinten működik. 2012-ben a Wisconsin Plazmafizikai Laboratóriumban végeztek olyan kísérleteket, amelyeket a korábbi elméletek nem tudtak megmagyarázni. Tripathi új modellje viszont összhangban van ezekkel az eredményekkel is.
Egyszerű válasz egy régi kérdésre
Hét évtizeden át azt kérdezték a kutatók: hogyan teremthet rendet a káosz? A válasz most úgy tűnik, sokkal közelebb volt, mint gondolták. Nem új fizikára volt szükség. Csak arra, hogy végre komolyan vegyék: az űrben a dolgok nem egyforma sebességgel mozognak.
Néha nem új felfedezésre van szükség. Elég, ha végre meglátjuk azt, ami eddig is ott volt.