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La estructura de un plasma, con diferentes colores que representan diferentes densidades de carga y gas.

James R. Beattie et al. 2024

La simulación más detallada del caótico plasma supersónico que flota a través de nuestro universo ha revelado un intrincado mapa de campos magnéticos giratorios.

Las nubes de partículas cargadas, o plasmas, son omnipresentes en nuestro universo y pueden existir en pequeñas escalas, como ocurre con el viento solar, o cubrir grandes distancias, como en todo el mundo. galaxias. Estas nubes experimentan turbulencias, similares al aire en la atmósfera terrestre, que dictan características clave de nuestro universo, como cómo varían los campos magnéticos en el espacio o qué tan rápido se forman las estrellas.

Sin embargo, la naturaleza inherentemente caótica de la turbulencia, así como la combinación de velocidades de plasma muy diferentes, hace imposible predecir el comportamiento del plasma de una manera matemáticamente exacta.

Ahora, James Beattie en la Universidad Nacional Australiana en Canberra y sus colegas han ejecutado la simulación de plasma caótico más grande de su tipo, utilizando la supercomputadora SuperMUC-NG en el Centro de Supercomputación Leibniz en Alemania.

Los investigadores instalaron un plasma fijado sobre una rejilla de 10.000 cubos, que agitaron artificialmente para ver cómo la turbulencia lo atravesaba, de forma similar a agitar una taza de café. La simulación tardaría 10.000 años en ejecutarse en un ordenador estándar de un solo núcleo, afirma Beattie.

La intrincada estructura de un plasma se puede ver arriba en un corte extraordinario de la cuadrícula de simulación. La mitad superior de la imagen muestra su densidad de carga, con regiones rojas que representan alta densidad y azules que representan baja densidad. La mitad inferior de la imagen muestra la densidad del gas, con colores amarillo-naranja que representan alta densidad y verde que muestra baja densidad. Las líneas blancas indican los contornos de las líneas del campo magnético resultantes.

Además de enseñar a los investigadores cómo se mueve normalmente el plasma a través de nuestro universo, la simulación también contenía un resultado inesperado, dice Beattie. El equipo descubrió que el movimiento de los campos magnéticos de los plasmas enormes no llega hasta las escalas más pequeñas, a diferencia de los remolinos en una taza de café, que deberían moverse desde vórtices de gran escala hasta los propios átomos.

«Las propiedades de mezcla a gran y pequeña escala parecen ser muy diferentes», dice Beattie. «De hecho, se vuelve mucho menos turbulento a pequeña escala de lo que cabría esperar».

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