Tutkijat tekivät läpimurron Auringon magneettikentän ymmärtämisessä

Auringolla on voimakas ja aktiivinen magneettikenttä, josta voi laueta valtavia soihtupurkauksia aurinkokuntaamme. Sähkömagneettista säteilyä tuottavat purkaukset voivat Maahan osuessaan aiheuttaa laajaa vahinkoa esimerkiksi sähköverkoille, paikannusjärjestelmille ja satelliiteille. Auringon magneettikenttien tarkka syntyprosessi ja toimintamekanismi – jota kutsutaan Auringon dynamoksi – on tutkijoille kuitenkin vielä mysteeri.

Tutkijat ovat olleet jo jonkin aikaa sitä mieltä, että Auringon magneettikenttä aiheutuu suuren ja pienen skaalan dynamoiden yhteisvaikutuksesta, mutta laskennallisissa tutkimuksissa jälkimmäistä mekanismia ei kuitenkaan ole onnistuttu tähän mennessä löytämään.

Tuoreessa kansainvälisessä tutkimuksessa Aalto-yliopiston ja Max Planck -instituutin tutkijat selvittivät pienen skaalan dynamon toimintaa maailman tarkimmilla tietokonesimulaatioilla Suomessa ja Saksassa sijaitsevilla supertietokoneilla. Näiden laitteiden yhdistetty laskentateho mahdollisti läpimurron pienen skaalan dynamon mallintamisessa.

”Onnistuimme tuottamaan tähänastisesti tarkimman tietokonesimulaation olosuhteissa, jossa Auringon pienen skaalan dynamon pitäisi toimia, ja todistimme sen olemassaolon”, kertoo professori Maarit Korpi-Lagg, joka on astroinformatiikan tutkimusryhmän johtaja Aalto-yliopiston tietotekniikan laitoksella.

”Pienen skaalan dynamon olemassaolon lisäksi osoitimme, että sen olemassaolon todennäköisyys itseasiassa kasvaa, mitä lähemmäs Auringon parametreja lähestymme.”

Aiemmissa tutkimuksissa pienen skaalan dynamon olemassaoloa Auringossa ja sen kaltaisissa tähdissä on epäilty, ja esteenä tämän ilmiön laskennalliselle todentamiselle on ollut hankala magneettinen Prandtl-luku -niminen mittari. Luku on Auringossa todella pieni, ja vaaditaan tehokkaimpien supertietokoneiden laskentatehoa, jotta ilmiö saadaan mallinnettua oikein. Korpi-Laggin tutkimusryhmä mallinsi simulaatiossaan ennenäkemättömän matalia arvoja ja pystyi osoittamaan, että pienen skaalan dynamo voi toimia myös näissä olosuhteissa.

”Tämä on valtava askel eteenpäin, kun pyrimme ymmärtämään Auringon ja muiden tähtien magneettikenttien syntymistä”, kertoo Jörn Warnecke, vanhempi tutkijatohtori Max Planck -instituutista.

”Tuloksemme ansiosta ymmärrämme yhä paremmin Auringon soihtupurkausten syntyä, joka on olennaisen tärkeää vaaralliselta avaruussäältä suojautumisessa.”

Tutkimus on julkaistu hiljattain arvostetussa Nature Astronomy -julkaisussa. Tutkimusryhmän työ on jatkunut yhä pienempien magneettisten Prandtl-lukujen mallintamisen parissa hyödyntämällä Kajaanissa sijaitsevaa LUMI-supertietokonetta. Korpi-Laggin ryhmässä kehitetyt mallit mahdollistavat myös tutkimuksen suuntaamisen Auringon 11-vuotisen aktiivisuussyklin synnyttävien suuren skaalan dynamojen vuorovaikutukseen pienen skaalan dynamojen kanssa.

Linkki tutkimukseen Nature Astronomy -julkaisussa: https://www.nature.com/articles/s41550-023-01975-1