超级计算机模拟揭秘星际空间的奇幻景象

如果你曾将牛奶倒入咖啡，观察它在杯中旋转，你就见过湍流的魅力。这种现象驱动了从飞机颠簸到洋流的一切。如今，研究人员开发出一种新方法，以前所未有的细节展现了星际介质——恒星间气体云和带电粒子的湍流，以及它们与磁场的相互作用。

这项研究于5月13日发表在《自然天文学》上。多伦多大学和普林斯顿大学的天体物理学家、研究主要作者詹姆斯·贝蒂在声明中表示：“这是我们首次能在如此高精度和多尺度下研究这些现象。”

这一复杂模拟需要强大的计算能力。贝蒂团队利用德国莱布尼茨超级计算中心的SuperMUC-NG超级计算机，构建了一个可扩展模型，由虚拟模块组成，可堆叠成最多含10000个单元的立方体。这一规模能模拟银河系的磁场，缩小后则可研究太阳风等局部湍流现象——太阳风是太阳释放的带电粒子流。

星际介质中的带电粒子极其稀疏，甚至比地球上的超高真空实验环境还稀薄，但其运动足以生成微弱的磁场。尽管比冰箱磁铁弱数百万倍，这种磁场在真空环境中对塑造星系和恒星形成至关重要。

与以往模拟不同，新模型捕捉了磁场如何随电荷在高低密度区域移动和旋转的动态，有助于天体物理学家深入理解银河系的形成过程。

未来，贝蒂团队计划开发更高分辨率的模型，并将模拟结果与太阳风测量等真实数据对比。澳大利亚和南非的平方公里阵列射电望远镜等先进天文台有望进一步提升模型精度。

这些模拟图像令人叹为观止。贝蒂说：“我热爱湍流研究。无论是星际空间、银河系、太阳系，还是咖啡杯或梵高的《星夜》，湍流的美感如出一辙。”

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