Nuove osservazioni mostrano che i campi magnetici nelle galassie sono 14 miliardi di volte più forti di quanto ipotizzato. Calcoli ingegnosi spiegano perché è così potente.
I campi magnetici non sono esclusivi della Terra. Sono ovunque. Anche nelle galassie. Le galassie sono enormi ammassi di stelle. Ci sono più di 200 miliardi di galassie nell'universo. Ciascuno è composto da pochi milioni a diversi trilioni di stelle.
Si scopre che i campi magnetici nelle galassie sono sorprendentemente forti e devono essere stati forti quando le galassie erano giovani.
Il modo in cui i campi magnetici nascono e si evolvono ha molto da dire su come appare l’universo oggi.
La conoscenza dei campi magnetici è importante per comprendere i buchi neri, la radiazione cosmica e il modo in cui le stelle si formano e collassano, afferma Robert Wessing, ricercatore post-dottorato in cosmologia presso il Dipartimento di Astrofisica Teorica dell'Università di Oslo (UiO).
Nella sua tesi di dottorato ha sviluppato metodi completamente nuovi per lo studio dei campi magnetici nelle galassie. I suoi calcoli mostrano come i campi magnetici nelle galassie vengono rafforzati e perché i campi magnetici vengono allungati, contorti e piegati.
Non è facile cercare
Sfortunatamente, la ricerca delle galassie non è facile. Se Vissing avesse potuto sperimentare con le galassie in un vero laboratorio e osservare cosa accade nel tempo, avrebbe ottenuto le risposte più accurate. Ma questo purtroppo non è realistico. Le galassie occupano un'enorme quantità di spazio. La sola Via Lattea ha un diametro di oltre 100.000 anni luce. Laboratori così grandi non esistono.
Non è un'impresa facile che Vissing voglia studiare come i campi magnetici nelle galassie si sono evoluti dal momento in cui sono stati creati fino a tre miliardi di anni nel futuro. Nessun ricercatore ha così tanto tempo, nemmeno uno giovane come Wessing, a cui restano ancora quarant'anni di carriera.
Simulazioni estese
Pertanto dovette utilizzare un metodo scientifico completamente diverso. Ha usato la simulazione. La simulazione ti consente di sperimentare la realtà su un computer.
-Hai simulato l'evoluzione dei campi magnetici nelle galassie nel tempo.
Esistono molti modelli di simulazione diversi. Wessing ha creato un modello digitale. Questo modello utilizza l'analisi numerica per trovare soluzioni approssimate a una serie di equazioni matematiche che non possono essere risolte esattamente.
– Abbiamo scoperto che i campi magnetici si sviluppano molto rapidamente nelle galassie. Qui parliamo di cento milioni di anni. È molto veloce nel tempo galattico. I campi magnetici sono 14 miliardi di volte più forti di quanto pensassero in precedenza gli astrofisici.
Teoria di successo
La sua domanda è: come è potuto accadere?
Le teorie non mancavano.
Una di queste è la teoria della dinamo.
La teoria della dinamo riguarda la conversione dell'energia cinetica in energia magnetica. E per coloro che hanno soppresso le conoscenze di fisica a scuola: l'energia cinetica è l'energia che un oggetto possiede grazie alla sua velocità. L'energia magnetica è l'energia contenuta in un campo magnetico.
Esistono diversi tipi di teoria della dinamo.
Alcune persone presumono che la turbolenza possa essere molto efficace nel convertire l'energia cinetica in energia magnetica.
Quando Wessing incorporò la matematica della dinamo nei suoi modelli, ottenne simulazioni che corrispondevano alle osservazioni attuali.
Ha anche esaminato le diverse fasi dell'evoluzione dei campi magnetici.
Innanzitutto è necessario che si formino campi magnetici. Ci sono molte teorie a riguardo. La formazione è avvenuta subito dopo il Big Bang o quando si sono formate le prime stelle.
In una fase successiva Wessing riuscì a dimostrare che i campi magnetici erano ben organizzati. Tutti i bracci di spirale nelle galassie si muovono nella stessa direzione.
– Con l'aiuto della rotazione delle galassie, i campi magnetici possono essere organizzati in questo modo.
Calcolatrice pesante
La simulazione non è banale. Wessing ha simulato il modo in cui il campo magnetico in 40 galassie è cambiato nel corso di tre miliardi di anni. Queste galassie sono dello stesso tipo della Via Lattea, la nostra galassia.
Le simulazioni sono state eseguite su una macchina informatica pesante National Sigma2. Anche se Wessing eseguì i calcoli su un migliaio di processori paralleli, ci volle un mese intero per eseguire il programma. Senza un calcolatore pesante, la simulazione avrebbe richiesto 83 anni.
Nella prossima sessione, Wessing simulerà molti tipi diversi di galassie nella fionda. Quindi ha bisogno dell'accesso a 10.000 processori paralleli. Se non avesse migliorato ulteriormente il programma, le nuove simulazioni avrebbero richiesto anni di potenza di calcolo del calcolatore. Quindi Wessing sta esplorando come eseguire simulazioni utilizzando metodi numerici più veloci.
Questo autunno, Wessing ha ricevuto lo Yara Birkeland Award per il suo lavoro. Il comitato del premio ha descritto la sua ricerca come “un importante contributo all’astrofisica teorica” e “un prezioso contributo alla comprensione delle dinamiche attorno al campo magnetico galattico e ai buchi neri”. Questa è la prima volta che il Premio Yara Birkeland viene assegnato a un ricercatore presso l'Istituto di Astrofisica dell'UiO.
Questo articolo è stato pubblicato per la prima volta su Forskningsmagasinet Apollon. sta leggendo L'originale è qui.
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