Австралийские учёные решили посмотреть, что будет, если смоделировать движение хаотичной плазмы на суперкомпьютере SuperMUC-NG, кторый стоит в центре Лейбница в Германии. Итогом стало самое детальное изображение потоков сверхзвуковой плазмы, которая плывёт по нашей Вселенной и создаёт сложный хоровод вихревых магнитных полей.

Эти потрясающие кадры похожи на работу божественного абстракциониста. Хаотичная плазматическая природа повсеместно распространена во Вселенной и принимает самые разные формы, — например, форму солнечного ветра или даже целой галактики. Как и в атмосфере Земли, эти огромные облака испытывают турбулентность, меняя скорость формирования звёзд или магнитные поля.

Плотность газа и структура тока плазмы, снятые при моделировании турбулентности.© James R. Beattie

Сама природа плазмы — это чистый хаос, который сочетается на самых разных скоростях, поэтому математически предсказать поведение плазмы очень сложно, а у обычного компьютера на это уйдёт около 10 000 лет. Однако суперкомпьютер может это сделать быстро, если грамотно спроектировать симуляцию. Поэтому исследователи задали параметры виртуальной сетке размером 10 000 кубов, потом заполнили сетку плазмой и начали перемешивать её, создавая турбулентность.

На первом срезе симуляции можно детально рассмотреть сложную структуру плазмы. Верхняя половина изображения выше показывает плотность заряда: красные области соответствуют высокой плотности, синие — низкой, а в нижней половине то же распределение газа изображено жёлтыми и зелёными цветами. Белые же линии обозначают контуры результирующих силовых линий магнитного поля.

Магнитогидродинамический генератор демонстрирует разрывы в сверхзвуковой плазме, появляющиеся от ударных волн.© James R. Beattie

Это моделирование удивило исследователей своим неожиданным результатом и раскрыло нам много секретов плазмы. Так, учёные узнали, что движение магнитных полей плазмы не распространяется на мелкие масштабы, в отличие от турбулентности жидкости в чашке. Смешивания в больших и малых масштабах дают совершенно разные результаты, и это позволяет нам лучше понять, как устроена наша прекрасная Вселенная.