研究者が乱流という未解決現象を探る新モデルを開発(Researchers develop new model to explore ‘unsolved’ phenomenon of turbulence)

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2025-05-26 トロント大学(U of T)

トロント大学の研究チームは、銀河間の磁化乱流を高精度でシミュレーションする新しいモデルを開発しました。このモデルは、ドイツのライプニッツ・スーパーコンピューティングセンターのスーパーコンピュータ「SuperMUC-NG」を用いて構築され、これまでの理論を覆す発見をもたらしました。特に、磁場が乱流のエネルギー移動を抑制し、アルヴェーン波と呼ばれる波動を強調することが明らかになりました。この成果は、星形成や宇宙線の伝播、宇宙天気の予測など、宇宙物理学の理解を深めるとともに、宇宙空間での安全な航行にも貢献する可能性があります。研究結果は『Nature Astronomy』誌に掲載されました。

<関連情報>

星間物質における磁化乱流のスペクトル The spectrum of magnetized turbulence in the interstellar medium

James R. Beattie,Christoph Federrath,Ralf S. Klessen,Salvatore Cielo & Amitava Bhattacharjee
Nature Astronomy  Published:13 May 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41550-025-02551-5

研究者が乱流という未解決現象を探る新モデルを開発(Researchers develop new model to explore ‘unsolved’ phenomenon of turbulence)

Abstract

The interstellar medium (ISM) of our Galaxy is magnetized, compressible and turbulent, influencing many key ISM properties, such as star formation, cosmic-ray transport, and metal and phase mixing. Yet, basic statistics describing compressible, magnetized turbulence remain uncertain. Utilizing grid resolutions up to 10,0803 cells, we simulated highly compressible, magnetized ISM-style turbulence with a magnetic field maintained by a small-scale dynamo. We measured two coexisting kinetic energy cascades, Ekin(k)∝k−n, in the turbulence, separating the plasma into scales that are non-locally interacting, supersonic and weakly magnetized (n = 2.01 ± 0.03 ≈ 2) and locally interacting, subsonic and highly magnetized (n = 1.465 ± 0.002 ≈ 3/2), where k is the wavenumber. We show that the 3/2 spectrum can be explained with scale-dependent kinetic energy fluxes and velocity–magnetic field alignment. On the highly magnetized modes, the magnetic energy spectrum forms a local cascade (n = 1.798 ± 0.001 ≈ 9/5), deviating from any known ab initio theory. With a new generation of radio telescopes coming online, these results provide a means to directly test if the ISM in our Galaxy is maintained by the compressible turbulent motions from within it.

1701物理及び化学
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