Un modelo informático simula la turbulencia en la galaxia con una precisión inédita

Redacción Ciencia, 13 may (EFE).- Las turbulencias están en todas partes, en el océano, la atmósfera y en todo el universo. De hecho, las turbulencias determinan el comportamiento del plasma, las estrellas y los campos magnéticos del universo pero, pese a su ubicuidad, son una de las mayores cuestiones sin resolver de la física.

Ahora, un equipo internacional de científicos ha llevado a cabo una simulación por ordenador para estudiar, con un detalle sin precedentes, el magnetismo y la turbulencia en el medio interestelar, el vasto océano de gas y partículas cargadas que está entre las estrellas de la Vía Láctea.

El modelo, desarrollado con el superordenador SuperMUC-NG del Centro de Supercomputación de Leibniz de Alemania, ha permitido medir cómo se mueve la energía turbulenta en una amplia gama de escalas y el resultado no casa con las teorías vigentes desde hace tiempo.

"La turbulencia sigue siendo uno de los mayores problemas sin resolver de la mecánica clásica", y eso "a pesar de que es omnipresente: desde los remolinos de leche de nuestro café hasta los flujos caóticos en los océanos, el viento solar, el medio interestelar, incluso el plasma entre galaxias", explica James Beattie, autor principal del estudio e investigador del Instituto Canadiense de Astrofísica Teórica de la Universidad de Toronto (CITA).

Ahora "podemos estudiar estos fenómenos con este nivel de precisión y a estas diferentes escalas", destaca el investigador.

El estudio, cuyos detalles se han publicado este martes en Nature Astronomy, es una colaboración entre la Universidad de Princeton, la Universidad Nacional de Australia, el Centro de Excelencia en Astrofísica del Cielo del Consejo Australiano de Investigación, la Universidad de Heidelberg, el Centro de Astrofísica de Harvard y Smithsonian, la Universidad de Harvard y la Academia Bávara de Ciencias y Humanidades.

Al simular la turbulencia de tipo galáctico con exquisito detalle, los investigadores descubrieron desviaciones significativas respecto a los modelos que han guiado la teoría astrofísica durante décadas.

En el estudio, el equipo observó explícitamente que los campos magnéticos alteran la forma en que la energía fluye en cascada por el espacio entre las estrellas de nuestra galaxia -el medio interestelar-, suprimiendo los movimientos a pequeña escala y potenciando ciertas perturbaciones ondulatorias conocidas como ondas de Alfvén.

Estos hallazgos podrían cambiar la forma en que los científicos entienden la estructura turbulenta de la galaxia, el transporte de partículas de alta energía e incluso el nacimiento turbulento de las estrellas.

Comprender bien la turbulencia y la producción de partículas altamente energéticas es clave para navegar con seguridad por el espacio, en un momento en que los vuelos espaciales comerciales están creciendo y atrayendo el interés de civiles y famosos por igual.

Esta investigación ayudará a conocer mejor la meteorología espacial y cómo es el entorno plasmático en el que trabajan los satélites y las futuras misiones espaciales, y saber cómo actúan las partículas altamente energéticas, que dañan los satélites y ponen en peligro a los seres humanos en el espacio, destacan los autores del estudio.

"Muchas de estas cuestiones fundamentales sobre la turbulencia del plasma son objeto de misiones lanzadas ahora por la NASA y tienen implicaciones para comprender el origen de los campos magnéticos cósmicos. Simulaciones como éstas nos darían ideas sobre cómo interpretar las mediciones por satélite y terrestres", explica Amitava Bhattacharjee, coautora del trabajo y catedrática de Ciencias Astrofísicas en Princeton.

Todavía no existe un marco matemático completo para predecir cómo se mueve la energía de grandes a pequeñas escalas: 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 vastos recursos computacionales para modelizarlo. El trabajo del equipo se basó en el equivalente a 140.000 ordenadores funcionando en paralelo.

"Para poner estas simulaciones masivas en perspectiva: si hubiéramos empezado una en un solo ordenador portátil cuando los humanos domesticaron a los animales por primera vez, ahora estaría terminando", según Beattie.

"Pero por suerte, gracias a los increíbles recursos del Centro de Supercomputación Leibniz, podemos distribuir la carga de trabajo entre miles de ordenadores para acelerar los cálculos".

Ahora "estamos un paso más cerca de desvelar 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", avanza. EFE