صورة مذهلة تكشف البنية المعقدة للبلازما الأسرع من الصوت

كشفت المحاكاة الأكثر تفصيلاً للبلازما الفوضوية الأسرع من الصوت والتي تطفو عبر كوننا عن خريطة معقدة للمجالات المغناطيسية الدوامة.

توجد سحب الجسيمات المشحونة، أو البلازما، في كل مكان في عالمنا ويمكن أن توجد على نطاقات صغيرة، كما هو الحال مع الرياح الشمسية، أو تغطي مسافات شاسعة، مثل المجرات بأكملها. تواجه هذه السحب اضطرابًا مشابهًا للهواء الموجود في الغلاف الجوي للأرض، وهو ما يحدد الخصائص الرئيسية لكوننا، مثل كيفية اختلاف المجالات المغناطيسية عبر الفضاء أو مدى سرعة تشكل النجوم.

ومع ذلك، فإن الطبيعة الفوضوية المتأصلة للاضطراب، بالإضافة إلى مزيج سرعات البلازما المختلفة جدًا، تجعل من المستحيل التنبؤ بسلوك البلازما بطريقة رياضية دقيقة.

الآن، أجرى جيمس بيتي – من الجامعة الوطنية الأسترالية في كانبيرا – وزملاؤه أكبر محاكاة بلازما فوضوية من نوعها، باستخدام الكمبيوتر العملاق SuperMUC-NG الموجود في مركز ليبنيز للحوسبة الفائقة في ألمانيا.

قام الباحثون بإعداد بلازما مثبتة على شبكة مكونة من 10000 مكعب، وقاموا بتحريكها بشكل مصطنع لمعرفة كيفية انتشار الاضطراب من خلالها، على غرار تحريك فنجان من القهوة. يقول بيتي إن عملية المحاكاة ستستغرق 10,000 عام ليتم تشغيلها على جهاز كمبيوتر قياسي أحادي النواة.

يمكن رؤية البنية المعقدة للبلازما أعلاه في شريحة واحدة غير عادية من شبكة المحاكاة. يُظهر النصف العلوي من الصورة كثافة شحنتها، حيث تمثل المناطق الحمراء الكثافة العالية والأزرق تمثل الكثافة المنخفضة. يُظهر النصف السفلي من الصورة كثافة الغاز، حيث تمثل الألوان الصفراء والبرتقالية كثافة عالية والأخضر تمثل كثافة منخفضة. تشير الخطوط البيضاء إلى ملامح خطوط المجال المغناطيسي الناتجة.

يقول بيتي إنه بالإضافة إلى تعليم الباحثين كيفية تحرك البلازما عادةً عبر الكون، فقد تضمنت المحاكاة أيضًا نتيجة غير متوقعة. لقد تعلم الفريق أن حركة المجالات المغناطيسية من البلازما الهائلة لا تتدفق إلى أصغر المقاييس، على عكس الدوامات الموجودة في فنجان القهوة، والتي يجب أن تنتقل من الدوامات واسعة النطاق وصولاً إلى الذرات نفسها.

يقول بيتي: “يبدو أن خصائص الخلط بين المقاييس الكبيرة والمقاييس الصغيرة مختلفة تمامًا”. “في الواقع، يصبح الأمر أقل اضطرابًا بكثير على المقاييس الصغيرة مما تتوقعه.”