بایگانی دسته: supercomputer

شبیه سازی همزمان جاذبه و مغناطیس در سازند سیاره به دست آمده در مطالعه جدید

فنی

URL کوتاه دریافت کنید

زمین ما از یک دیسک عظیم گاز و گرد و غبار که به دور خورشید در حال چرخش است تشکیل شده است و دانشمندان در این فکر می کنند که اگر همان فرآیندهای حاکم بر هزاران سیاره خارج از قطب کشف شده در دهه های اخیر باشد ، وجود دارد.

تیمی از اخترفیزیکدانان ، برای نخستین بار ، در یک مطالعه ، مشاهده سیاره و شکل گیری میدان مغناطیسی را متحد کرده اند.

این پژوهش در ژورنال نجوم منتشر شده است ، با عنوان “شبیه سازی جهانی دیسک های پیش آگهی مغناطیسی خود جاذبه“، آنچه را که قبلاً دو زمینه تحقیق جداگانه بود ، گرد هم آورد و بر این اساس ، در مدل های جداگانه شبیه سازی شد.

لوسیو مایر ، استاد اخترفیزیک محاسباتی در دانشگاه زوریخ و مدیر پروژه در مرکز ملی صلاحیت در سیارات تحقیقاتی ، به همراه همکارانش هونپینگ دنگ ، دکترای سابق. دانش آموز مایر ، و هنریک لاتر ، مدرس دانشگاه در دانشگاه کمبریج ، شبیه سازی های رایانه ای را برای بررسی روند کار در هنگام انجام سیاره ها از دیسک های پروتوپلانتری گاز و غبار ، مانند رشد توده سیاره و همچنین شکل گیری انجام دادند. از میدان مغناطیسی آن است.

©
                    عکس: Aubert et al./IPGP/CNRS کتابخانه عکس

شبیه سازی میدان مغناطیسی زمین

اخترفیزیکدانان مدتهاست که مشخص کرده اند که به اصطلاح ناپایداری گرانشی (GI) در یک دیسک چرخان ماده باعث می شود که ذرات “به هم بپیوندند” و ساختارهایی با چگالی بالا تشکیل می دهند که از این طریق سیارات می توانند در طول صدها هزار سال ایجاد شوند.

با این حال ، در مورد اثرات میدان مغناطیسی در هنگام بی ثباتی گرانشی ، اطلاعات کافی وجود ندارد.

مطالعه حاضر با استفاده از ابر رایانه “Piz Daint” در مرکز ملی ابر رایانه سوئیس (CSCS) در لوگانو انجام شده است. این تیم توسعه دیسک پروتوپلانتری را هم تحت تأثیر جاذبه و هم در حضور یک میدان مغناطیسی شبیه سازی کرده اند. در نتیجه ، آنها مکانیسم کاملاً جدیدی را کشف کردند که احتمالاً می تواند مشاهدات قبلی را توضیح ندهد.

معمای زاویه ای

یکی از مشکلات جالب توجه که تحقیقات فعلی امیدوار است آن را حل کند این است که سیارات موجود در منظومه شمسی ما در حال حاضر خیلی آهسته تر از دیسک پروتوپلانتیتی که از آنها تشکیل شده اند می چرخند.

در حین شکل گیری سیارات ، ستاره ها و سیاهچاله ها ، حرکت بزرگ زاویه ای باید از بین برود ، مطالعات را نشان می دهد ، در حالی که دقیقاً چگونگی این اتفاق هنوز نامشخص است.

لوسیو مایر می گوید: “به نظر می رسد مکانیسم جدید ما قادر به حل و تبیین این مشکل بسیار کلی است.”

محققان بر این باورند که ، از طریق کار خود ، یک مکانیسم اصطکاک کاملاً جدید را کشف کرده اند که باعث کاهش چشمگیر زاویه زاویه دیسک می شود.

دنگ می گوید: “به لطف موتور قدرتمند امواج چگالی مارپیچی ، مکانیسم اصطکاک جدید ما حتی در مناطق متراکم دیسک پروتوپلانتری که در آنها کمتر ذرات باردار برای حفظ میدان مغناطیسی وجود دارد ، کارآمدتر به نظر می رسد.”

این به لطف تدوین یک روش مناسب توسط دانشجوی سابق مایر ، هونپینگ دنگ بود که آرزوی استاد در آمیختن هر دو فرآیند – توسعه سیاره و شکل گیری میدان مغناطیسی در یک شبیه سازی می تواند محقق شود.

تکنیک جدید عددی بیشتر توسعه یافته و بهینه سازی شده است تا از بهترین مزایای ابر رایانه “Piz Daint” استفاده کند.

بنابراین ، این تیم برای محاسبه میدان مغناطیسی ، دینامیک سیال و گرانش ، از یک روش ترکیبی مش ذرات ترکیبی پیشرفته استفاده کرده است.

این روش نتایج شگفت انگیزی را به همراه آورد ، زیرا مشخص شد که بازوهای مارپیچی ایجاد شده توسط نیروی جاذبه در دیسک پروتوپلانتری مانند یک دینام عمل می کنند ، و میدان مغناطیسی در قدرت در حال رشد است. گرمای بیشتری توسط این فرآیند در دیسک پروتوپلانتری نسبت به آنچه قبلاً تصور می شد ایجاد می شود.

©
                    عکس: ESO / M. Kornmesser

تصور این هنرمند نزدیکترین دیسک protoplanetary شناخته شده ، در اطراف ستاره TW Hydrae در صورت فلکی عظیم Hydra (The Watersnake Female) را نشان می دهد. مولکول آلی متیل الکل (متانول) توسط ALMA در این دیسک یافت شده است

اما این واقعیت که به نظر می رسد دینام تأثیر قابل توجهی در حرکت موضوع دارد ، بزرگترین تعجب بود.

دینام آن را به سمت داخل و خارج ، دور از دیسک فشار می دهد ، در حالی که دومی سریعتر از آنچه در تئوری های قبلی پیشنهاد شده است ، در حال تکامل است.

مایر گفت: “این شبیه سازی نشان می دهد که انرژی حاصل از تعامل میدان مغناطیسی تشکیل دهنده با گرانش به بیرون عمل می کند و بادی را هدایت می کند که ماده را از دیسک پرتاب می کند.”

این دانشمند با بیان اینکه این امر باعث می شود 90 درصد جرم در کمتر از یک میلیون سال از بین برود ، نتیجه گرفت:

“اگر این واقعیت داشته باشد ، این یک پیش بینی مطلوب خواهد بود ، زیرا بسیاری از دیسک های protoplanetary مورد مطالعه با تلسکوپ هایی که یک میلیون سال قدمت دارند ، حدود 90 درصد جرم کمتری نسبت به پیش بینی های شبیه سازی شکل گیری دیسک ها دارند.”

در مطالعات بعدی محققان امیدوارند با استفاده از تلسکوپهای قدرتمندی همچون ALMA در شیلی یا Square Kilometer Array (SKA) – بزرگترین تلسکوپ رادیویی جهان که هم اکنون در حال ساخت است ، بادها و بیرون ریز ماده را در مراحل اولیه عمر دیسک پروتوپلانتری مشاهده کنند.