Giữa tất cả các ngôi sao trong thiên hà của chúng ta, có một hỗn hợp khí và bụi rộng lớn, khuếch tán được gọi là môi trường giữa các vì sao — và các nhà khoa học đã phát triển một mô hình máy tính mới để khám phá từ tính và sự nhiễu loạn của môi trường này, lần lượt tạo ra những hình ảnh tuyệt đẹp giống như các tác phẩm nghệ thuật trừu tượng. Các hình ảnh lập bản đồ các đặc tính như mật độ fractal và các đường sức từ, giống như các tác phẩm nghệ thuật trừu tượng.
Môi trường giữa các vì sao trong thiên hà Milky Way của chúng ta có từ tính, có thể bị nén và nhiễu loạn. Nó ảnh hưởng đến các quá trình quan trọng như hình thành sao, chuyển động của tia vũ trụ và sự trộn lẫn các vật liệu trong không gian. Tuy nhiên, mặc dù có tầm quan trọng như vậy, các nhà khoa học vẫn chưa có một phương pháp toán học rõ ràng để mô tả cách thức hoạt động của nó.
"Sự nhiễu loạn vẫn là một trong những vấn đề lớn nhất chưa được giải quyết trong cơ học cổ điển", James Beattie, một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại Đại học Toronto và là một trong những nhà khoa học đóng góp cho nghiên cứu này, đã phát biểu trong tuyên bố. "Điều này [là] bất chấp thực tế là nhiễu loạn có ở khắp mọi nơi: từ sữa xoáy trong cà phê của chúng ta đến các dòng chảy hỗn loạn trong đại dương, gió mặt trời, môi trường giữa các vì sao, thậm chí cả plasma giữa các thiên hà. Sự khác biệt chính trong môi trường thiên văn vật lý là sự hiện diện của các trường từ, về cơ bản làm thay đổi bản chất của các dòng chảy hỗn loạn."
Từ trường trong môi trường giữa các vì sao được tạo ra bởi chuyển động của khí và plasma. Khi vật liệu này xoáy và quay, nó tạo ra các dòng điện, sau đó tạo ra và tăng cường các từ trường. Quá trình này rất giống với cách từ trường của Trái đất hình thành trong lõi sắt lỏng đang quay của nó. Và mặc dù từ trường của thiên hà của chúng ta cực kỳ yếu, nhưng nó vẫn đóng vai trò mạnh mẽ trong việc định hình vũ trụ.
Mô hình mới của Beattie và nhóm của ông, chạy trên siêu máy tính SuperMUC-NG tại Trung tâm siêu máy tính Leibniz ở Đức, có độ phân giải cao hơn so với các mô hình trước đó. Nó có thể mô phỏng các thang đo không gian rất khác nhau — từ các vùng rộng 30 năm ánh sáng xuống đến các cấu trúc nhỏ hơn khoảng 5.000 lần.
"Đây là lần đầu tiên chúng ta có thể nghiên cứu những hiện tượng này ở mức độ chính xác này và ở các thang đo khác nhau này", Beattie cho biết. Điều này có nghĩa là các nhà thiên văn học có thể hiểu sâu hơn về các quá trình, như quá trình hình thành sao.
Các bài viết liên quan:
— Những chiếc quan tài Ai Cập 5000 năm tuổi này mô tả thiên hà Milky Way, nhà vật lý thiên văn cho biết
— Nhiếp ảnh gia thiên văn nghiệp dư chụp được một bông hoa hướng dương vũ trụ đang nở
— Các nhà khoa học tính toán thời điểm vũ trụ sẽ kết thúc — sớm hơn dự kiến
"Chúng tôi biết rằng áp suất từ trường chống lại sự hình thành sao bằng cách đẩy ra ngoài chống lại lực hấp dẫn khi nó cố gắng làm sụp đổ một tinh vân đang hình thành sao", Beattie cho biết. "Bây giờ chúng tôi có thể định lượng chi tiết những gì mong đợi từ nhiễu loạn từ trường ở những quy mô như vậy".
Mặc dù độ phân giải cao hơn chắc chắn là một lợi thế, tuy nhiên, nó sẽ vô nghĩa nếu độ chính xác của mô hình không giữ được. Để xác thực độ tin cậy của mô hình, trước tiên nhóm phải kiểm tra nó với các quan sát đã biết. Bước này rất quan trọng. Chỉ bằng cách so sánh các dự đoán của mô hình với dữ liệu thực tế, các nhà khoa học mới có thể xác định được mức độ mô hình nắm bắt được các quá trình vật lý cơ bản mà nó tuyên bố đại diện. Nếu không có sự xác thực này, bất kỳ hiểu biết sâu sắc hoặc giả định nào rút ra từ mô hình cũng chỉ là suy đoán.
"Chúng tôi đã bắt đầu thử nghiệm xem mô hình có khớp với dữ liệu hiện có từ gió mặt trời và Trái đất hay không — và có vẻ rất tốt", Beattie cho biết. "Điều này rất thú vị vì nó có nghĩa là chúng tôi [cũng] có thể tìm hiểu về thời tiết vũ trụ thông qua mô phỏng của mình. Thời tiết vũ trụ rất quan trọng vì chúng ta đang nói về các hạt tích điện bắn phá vệ tinh và con người trong không gian và có các tác động khác trên mặt đất".
Sẽ rất thú vị khi chứng kiến quá trình này phát triển như thế nào và các mô phỏng cải tiến có thể bổ sung cho dữ liệu hiện có ra sao. Những mô hình nâng cao này thậm chí có thể giúp giải quyết những bí ẩn lâu đời vẫn còn tồn tại do những hạn chế của công nghệ quan sát hiện tại, cung cấp những hiểu biết mới mà các quan sát trực tiếp vẫn chưa đạt tới.
Mô phỏng được mô tả trong một nghiên cứu được xuất bản ngày 13 tháng 5 trên tạp chí Nature Astronomy.
Môi trường giữa các vì sao trong thiên hà Milky Way của chúng ta có từ tính, có thể bị nén và nhiễu loạn. Nó ảnh hưởng đến các quá trình quan trọng như hình thành sao, chuyển động của tia vũ trụ và sự trộn lẫn các vật liệu trong không gian. Tuy nhiên, mặc dù có tầm quan trọng như vậy, các nhà khoa học vẫn chưa có một phương pháp toán học rõ ràng để mô tả cách thức hoạt động của nó.
"Sự nhiễu loạn vẫn là một trong những vấn đề lớn nhất chưa được giải quyết trong cơ học cổ điển", James Beattie, một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại Đại học Toronto và là một trong những nhà khoa học đóng góp cho nghiên cứu này, đã phát biểu trong tuyên bố. "Điều này [là] bất chấp thực tế là nhiễu loạn có ở khắp mọi nơi: từ sữa xoáy trong cà phê của chúng ta đến các dòng chảy hỗn loạn trong đại dương, gió mặt trời, môi trường giữa các vì sao, thậm chí cả plasma giữa các thiên hà. Sự khác biệt chính trong môi trường thiên văn vật lý là sự hiện diện của các trường từ, về cơ bản làm thay đổi bản chất của các dòng chảy hỗn loạn."
Từ trường trong môi trường giữa các vì sao được tạo ra bởi chuyển động của khí và plasma. Khi vật liệu này xoáy và quay, nó tạo ra các dòng điện, sau đó tạo ra và tăng cường các từ trường. Quá trình này rất giống với cách từ trường của Trái đất hình thành trong lõi sắt lỏng đang quay của nó. Và mặc dù từ trường của thiên hà của chúng ta cực kỳ yếu, nhưng nó vẫn đóng vai trò mạnh mẽ trong việc định hình vũ trụ.
Mô hình mới của Beattie và nhóm của ông, chạy trên siêu máy tính SuperMUC-NG tại Trung tâm siêu máy tính Leibniz ở Đức, có độ phân giải cao hơn so với các mô hình trước đó. Nó có thể mô phỏng các thang đo không gian rất khác nhau — từ các vùng rộng 30 năm ánh sáng xuống đến các cấu trúc nhỏ hơn khoảng 5.000 lần.
"Đây là lần đầu tiên chúng ta có thể nghiên cứu những hiện tượng này ở mức độ chính xác này và ở các thang đo khác nhau này", Beattie cho biết. Điều này có nghĩa là các nhà thiên văn học có thể hiểu sâu hơn về các quá trình, như quá trình hình thành sao.
Các bài viết liên quan:
— Những chiếc quan tài Ai Cập 5000 năm tuổi này mô tả thiên hà Milky Way, nhà vật lý thiên văn cho biết
— Nhiếp ảnh gia thiên văn nghiệp dư chụp được một bông hoa hướng dương vũ trụ đang nở
— Các nhà khoa học tính toán thời điểm vũ trụ sẽ kết thúc — sớm hơn dự kiến
"Chúng tôi biết rằng áp suất từ trường chống lại sự hình thành sao bằng cách đẩy ra ngoài chống lại lực hấp dẫn khi nó cố gắng làm sụp đổ một tinh vân đang hình thành sao", Beattie cho biết. "Bây giờ chúng tôi có thể định lượng chi tiết những gì mong đợi từ nhiễu loạn từ trường ở những quy mô như vậy".
Mặc dù độ phân giải cao hơn chắc chắn là một lợi thế, tuy nhiên, nó sẽ vô nghĩa nếu độ chính xác của mô hình không giữ được. Để xác thực độ tin cậy của mô hình, trước tiên nhóm phải kiểm tra nó với các quan sát đã biết. Bước này rất quan trọng. Chỉ bằng cách so sánh các dự đoán của mô hình với dữ liệu thực tế, các nhà khoa học mới có thể xác định được mức độ mô hình nắm bắt được các quá trình vật lý cơ bản mà nó tuyên bố đại diện. Nếu không có sự xác thực này, bất kỳ hiểu biết sâu sắc hoặc giả định nào rút ra từ mô hình cũng chỉ là suy đoán.
"Chúng tôi đã bắt đầu thử nghiệm xem mô hình có khớp với dữ liệu hiện có từ gió mặt trời và Trái đất hay không — và có vẻ rất tốt", Beattie cho biết. "Điều này rất thú vị vì nó có nghĩa là chúng tôi [cũng] có thể tìm hiểu về thời tiết vũ trụ thông qua mô phỏng của mình. Thời tiết vũ trụ rất quan trọng vì chúng ta đang nói về các hạt tích điện bắn phá vệ tinh và con người trong không gian và có các tác động khác trên mặt đất".
Sẽ rất thú vị khi chứng kiến quá trình này phát triển như thế nào và các mô phỏng cải tiến có thể bổ sung cho dữ liệu hiện có ra sao. Những mô hình nâng cao này thậm chí có thể giúp giải quyết những bí ẩn lâu đời vẫn còn tồn tại do những hạn chế của công nghệ quan sát hiện tại, cung cấp những hiểu biết mới mà các quan sát trực tiếp vẫn chưa đạt tới.
Mô phỏng được mô tả trong một nghiên cứu được xuất bản ngày 13 tháng 5 trên tạp chí Nature Astronomy.
