Liderado por la Universidad de Princeston, un equipo internacional de científicos ha medido, con una precisión sin precedentes, cómo se mueve la energía turbulenta en un amplio rango de escalas.
Desde las olas ondulantes del océano hasta el accidentado vuelo de un avión, la turbulencia está en todas partes. Es omnipresente en nuestra galaxia y el universo en general, moldeando el comportamiento del plasma, las estrellas y los campos magnéticos. Sin embargo, a pesar de su ubicuidad, la turbulencia sigue siendo uno de los mayores problemas sin resolver de la física.
Al simular la turbulencia de tipo galáctico con gran detalle, los investigadores encontraron desviaciones significativas de los modelos que han guiado la teoría astrofísica durante décadas.
El equipo observó explícitamente que los campos magnéticos alteran la forma en que la energía se propaga en cascada a través del espacio entre las estrellas de nuestra galaxia -conocido como el medio interestelar-, suprimiendo los movimientos a pequeña escala y potenciando ciertas perturbaciones ondulatorias conocidas como ondas de Alfvén.
Los hallazgos podrían transformar la comprensión científica de la estructura turbulenta de la galaxia, el transporte de partículas de alta energía e incluso el nacimiento turbulento de las estrellas.
En la práctica, comprender y modelar adecuadamente la turbulencia y la producción de partículas altamente energéticas puede arrojar luz sobre cómo navegar con seguridad en el espacio.
"La investigación tiene implicaciones para la predicción y el monitoreo del clima espacial, con el fin de comprender mejor el entorno de plasma alrededor de los satélites y las futuras misiones espaciales, así como la aceleración de partículas altamente energéticas, que lo dañan todo y podrían poner en peligro a los seres humanos en el espacio", afirmó Bhattacharjee, coautor del nuevo artículo y profesor de Ciencias Astrofísicas en Princeton.
"Muchas de estas cuestiones fundamentales sobre la turbulencia del plasma son objeto de las misiones lanzadas por la NASA y tienen implicaciones para comprender el origen de los campos magnéticos cósmicos. Simulaciones como estas nos brindarían información sobre cómo interpretar las mediciones satelitales y terrestres", afirmó Bhattacharjee.
FALTA UN MARCO MATEMÁTICO COMPLETO
Aún no existe un marco matemático completo para predecir cómo se mueve la energía de gran a pequeña escala: a través de los océanos, en la atmósfera o a través del plasma y el polvo entre las estrellas. En el espacio, el problema es aún más complejo que en la Tierra debido a la magnetización, lo que requiere ingentes recursos computacionales para modelarlo. El trabajo del equipo dependía del equivalente a 140.000 computadoras funcionando en paralelo.
"Para poner estas simulaciones masivas en perspectiva: si hubiéramos comenzado una en una sola computadora portátil cuando los humanos domesticaron animales, ahora estaría terminando", dijo Beattie. "Por suerte, utilizando los increíbles recursos del Centro de Supercomputación Leibniz, podemos distribuir la carga de trabajo entre miles de computadoras para acelerar los cálculos".
"Estamos un paso más cerca de descubrir la verdadera naturaleza de la turbulencia astrofísica y espacial, desde el plasma caótico cerca de la Tierra hasta los vastos movimientos dentro de nuestra galaxia y más allá", afirmó Beattie. "El sueño es descubrir características universales en la turbulencia del universo, y seguiremos ampliando los límites de la próxima generación de simulaciones para comprobarlo".
El nuevo trabajo se publica en la revista Nature Astronomy.
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