천체물리학자들은 새로운 컴퓨터 모델을 사용하여 전례 없는 세부 사항으로 우리 은하의 자기 난류를 탐구합니다.

천문학자들은 은하수 별들 사이에 있는 거대한 가스와 대전 입자의 바다인 성간 물질(ISM)의 자기장과 난류를 전례 없는 세부 묘사로 탐구하기 위해 획기적인 컴퓨터 시뮬레이션을 개발했습니다.

오늘 Nature Astronomy 에 게재된 새로운 연구에 따르면, 이 모델은 현재까지 가장 강력한 모델로, 독일 라이프니츠 슈퍼컴퓨팅 센터의 SuperMUC-NG 슈퍼컴퓨터의 컴퓨팅 성능을 필요로 합니다. 이 모델은 천체물리학 환경에서 자기 난류가 어떻게 작용하는지에 대한 우리의 이해에 직접적인 영향을 미칩니다.

토론토 대학 산하 캐나다 이론 천체물리학 연구소(CITA)의 박사후 연구원이자 논문의 주저자인 제임스 비티는 이 모델이 ISM, 우리 은하 전체의 자기장, 별 형성 및 우주선 전파와 같은 천체물리학적 현상에 대한 새로운 통찰력을 제공하기를 바라고 있습니다.

그는 "이러한 현상을 이렇게 높은 정밀도와 다양한 규모로 연구할 수 있게 된 것은 이번이 처음입니다."라고 말했습니다.

이 논문은 프린스턴 대학, 호주 국립 대학, 호주 연구 위원회 전천체물리학 우수 센터, 하이델베르크 대학, 하버드 및 스미소니언 천체물리학 센터, 하버드 대학, 바이에른 과학 및 인문학 아카데미의 연구자들과 공동으로 작성되었습니다.

"난류는 고전 역학에서 가장 큰 미해결 문제 중 하나입니다." 프린스턴 대학교에서 겸임 교수로 재직 중인 비티는 이렇게 말합니다. "커피 속의 소용돌이치는 우유부터 바다의 혼란스러운 흐름, 태양풍, 성간 물질, 심지어 은하 사이의 플라즈마까지, 난류는 어디에나 존재합니다.

"천체물리학적 환경 에서 가장 중요한 특징은 난류의 특성을 근본적으로 바꾸는 자기장의 존재입니다."

지구의 초고진공 실험에 비해 성간 공간에는 입자가 훨씬 적지만, 그 입자의 움직임만으로도 자기장을 생성할 수 있습니다. 이는 지구의 용융 핵이 움직여 지구 자기장이 생성되는 방식과 비슷합니다.

은하계 자기장은 냉장고 자석보다 수백만 배나 약하지만, 그럼에도 불구하고 우주를 형성하는 힘 중 하나입니다.

비티 모델의 가장 큰 버전은 차원당 10,000개의 유닛으로 구성된 정육면체로, 이전 모델보다 훨씬 더 세부적인 정보를 제공합니다. 고해상도 외에도 이 모델은 확장 가능하며, 가장 큰 모델에서는 한 면이 약 30광년에 달하는 공간을 시뮬레이션할 수 있고, 가장 작은 모델에서는 약 5,000배까지 축소할 수 있습니다.

이 모델을 최대한 활용하면 우리 은하의 전반적인 자기장에 대한 이해를 높일 수 있습니다. 축소하면 천문학자들이 태양에서 외부로 분출되어 지구에 큰 영향을 미치는 태양풍과 같은 더 "단축된" 과정들을 더 잘 이해하는 데 도움이 될 것입니다.

더 높은 해상도 덕분에 이 모델은 별 형성에 대한 더 깊은 이해를 제공할 잠재력을 가지고 있습니다. 비티는 "자기 압력이 별 형성 성운을 붕괴시키려고 할 때 중력에 반하여 바깥쪽으로 밀어내 별 형성을 방해한다는 것을 알고 있습니다."라고 말하며, "이제 우리는 그러한 규모의 자기 난류에서 무엇을 기대할 수 있는지를 세부적으로 정량화할 수 있습니다."라고 덧붙였습니다.

더 높은 해상도와 확장성 외에도 이 모델은 ISM 밀도의 동적 변화를 시뮬레이션함으로써 상당한 진전을 이루었습니다. 믿을 수 없을 정도로 희박한 거의 진공 상태에서 별 형성 성운에서 발견되는 더 높은 밀도까지 말입니다.

비티는 "우리의 시뮬레이션이 정말 잘 포착한 것은 ISM 밀도의 극단적인 변화인데, 이는 이전 모델에서는 고려하지 못했던 부분입니다."라고 말했습니다.

Beattie는 더욱 높은 해상도의 기능을 갖춘 차세대 모델을 개발하는 한편, 태양-지구계 관측에서 수집한 데이터에 대한 시뮬레이션도 테스트하고 있습니다.

"이 모델이 태양풍과 지구에서 수집된 기존 데이터와 일치하는지 이미 테스트하기 시작했는데, 결과가 매우 좋습니다."라고 비티는 말합니다. "이것은 시뮬레이션을 통해 우주 날씨에 대해 배울 수 있다는 점에서 매우 흥미롭습니다. 우주 날씨는 우주에서 위성과 인간을 공격하고 다른 지구 환경에 영향을 미치는 대전 입자에 대해 논의하기 때문에 매우 중요합니다."

비티에 따르면, 새로운 모델은 천체물리학적 난류에 대한 관심이 높아지고 ISM 관측이 급증하는 시기에 발표되었습니다. 또한, 스퀘어 킬로미터 배열(SKA)과 같은 새로운 관측 장비가 은하계 전역의 난류 자기장의 변동을 매우 상세하게 측정할 수 있게 되면서, 자기 난류를 해석하는 그의 이론과 같은 정확한 이론적 틀은 더욱 중요해질 것입니다.

비티가 이 연구에 끌리는 이유 중 하나는 그 우아한 일관성 때문입니다. 은하계 간 플라스마부터 커피 한 잔 속의 소용돌이까지 다양합니다.

"저는 난류 연구가 그 보편성 때문에 정말 좋아요."라고 비티는 말합니다. "은하 사이, 은하 내부, 태양계 내부, 커피 한 잔 속, 또는 반 고흐의 '별이 빛나는 밤' 속 플라즈마를 보든 똑같이 보여요."

"이 모든 것이 다양한 수준에서 나타나는 방식에는 매우 낭만적인 면이 있고, 저는 그것이 매우 흥미롭다고 생각합니다."

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/05/250513112254.htm