Il paradosso magnetico del cosmo
Immaginate di essere in mezzo a un uragano e riuscire a tracciare una linea perfettamente dritta. È più o meno la stessa sensazione che provano gli astronomi da decenni, quando osservano i campi magnetici nello spazio.
Questi campi invisibili sono ovunque: avvolgono i pianeti, fuoriescono dalle stelle, attraversano intere galassie. Sono potenti. Influenzano il movimento delle particelle, generano tempeste solari capaci di mettere fuori uso le nostre reti elettriche e contribuiscono alla formazione delle galassie stesse.
Il problema è che dovrebbero essere disordinati. I campi magnetici nascono dal moto caotico del plasma, il gas ionizzato che riempie lo spazio. Eppure, quando li misuriamo, appaiono spesso ordinati e su larga scala. Come se un tornado producesse una griglia geometrica.
Settant’anni di modelli che non funzionavano
I fisici studiano da decenni come i campi magnetici si auto-generino, un processo chiamato “dinamo”. I loro modelli teorici, però, producevano sempre lo stesso risultato: campi piccoli, irregolari, disordinati. Mai le strutture ampie e coerenti che gli astronomi vedono davvero.
La teoria diceva una cosa, la realtà un’altra.
La potenza di calcolo come strumento di scoperta
Bindesh Tripathi e il suo gruppo all’Università del Wisconsin-Madison hanno deciso di cambiare approccio. Invece di modificare i vecchi modelli, hanno puntato tutto sulla capacità di calcolo.
I numeri sono impressionanti: 137 miliardi di punti in una griglia tridimensionale, novanta scenari diversi, quasi cento milioni di ore di processore sul supercomputer Anvil della Purdue University. Un quarto di petabyte di dati generati.
Il dettaglio che mancava
Il risultato più interessante non è arrivato da nuova fisica esotica. È emerso da qualcosa di semplice e comune: i gradienti di velocità, cioè le differenze di moto tra parti vicine di un fluido.
Immaginate di andare in bicicletta e di frenare all’improvviso: la bici si ferma, ma il vostro corpo continua a muoversi. Quella differenza di velocità è un gradiente. Succede anche all’interno del Sole, durante le fusioni di stelle di neutroni, in molti ambienti cosmici.
Tripathi e il suo team hanno inserito questi gradienti nelle simulazioni e li hanno mantenuti costanti, come se qualcuno continuasse a mescolare il sistema. Poi hanno fatto ripartire i calcoli.
Dal caos all’ordine
All’inizio le perturbazioni erano piccole e disordinate. Ma con il tempo si sono organizzate, dando origine a campi magnetici su larga scala, proprio come quelli osservati nell’universo reale.
Quando i ricercatori hanno ripetuto la simulazione senza mantenere il gradiente di velocità, il sistema è rimasto caotico. Nessuna struttura ordinata si è formata.
«La chiave è avere un gradiente di velocità costante e su grande scala», ha sottolineato Tripathi. Un solo ingrediente ha trasformato il disordine in struttura.
Perché conta davvero
Capire come nascono i campi magnetici non è solo una questione teorica. Serve a prevedere il meteo spaziale che può danneggiare satelliti e reti elettriche, a spiegare come crescono i buchi neri, a studiare cosa succede nel cuore delle stelle e durante le collisioni di stelle di neutroni.
La teoria incontra l’esperimento
Il modello di Tripathi ha un altro punto di forza: si accorda con esperimenti di laboratorio condotti nel 2012 al Wisconsin Plasma Physics Laboratory. Quegli esperimenti avevano mostrato comportamenti che le teorie precedenti non riuscivano a spiegare. Ora il quadro torna coerente.
Il punto
Per settant’anni i fisici si sono chiesti come il caos possa generare ordine. La risposta sembra essere più semplice di quanto si pensasse: basta che le cose non si muovano tutte alla stessa velocità.
A volte le grandi domande non si risolvono scoprendo qualcosa di completamente nuovo. Basta capire meglio ciò che era sempre stato sotto gli occhi di tutti, in attesa di strumenti abbastanza potenti per rivelare il pattern.