Simulaties uitgevoerd op 's werelds krachtigste supercomputer, Summit at the Oak Ridge Leadership Computing Facility, brachten dramatische veranderingen in de magnetische veldsterkte van de zon aan het licht met een snelheid die tien keer sneller was dan eerder waargenomen. De bevindingen verbeteren het vermogen van wetenschappers om ruimteweergebeurtenissen te voorspellen, zoals coronale massa-ejecties – uitbarstingen van plasma en geladen deeltjes van de zon die tot geomagnetische stormen op aarde kunnen leiden en astronauten en satellieten kunnen schaden.

Onderzoekers van het Center for Computational Astrophysics van de Universiteit van Chicago simuleerden activiteit op het oppervlak van de zon, bekend als de fotosfeer, en in de buitenste laag ervan, de corona. Hun doel was om te begrijpen hoe magnetische velden in beide regio's worden gegenereerd en opgeslagen.

“Om deze verschijnselen te onderzoeken, hebben we als nooit tevoren ingezoomd op de zon, waarbij we een ongekend aantal kleine structuren in de fotosfeer en de corona en hun interacties hebben gemodelleerd”, zegt Juanyi Cao, een postdoctoraal onderzoeker aan de Universiteit van Chicago en de Universiteit van Chicago. eerste auteur van een studie gepubliceerd in de Astrophysical Journal Letters. “Summit stelde ons in staat om de simulatie met de hoogste resolutie ooit van deze kleinschalige gebeurtenissen uit te voeren om het meest overtuigende bewijs van magnetische herverbinding in actie te vinden.”

De simulatie onthult de aanwezigheid van magnetische herverbinding over het hele oppervlak van de zon, wat aangeeft hoe de magnetische velden voortdurend breken en zich opnieuw verbinden in de atmosfeer van de zon. Dit proces leidt tot de ontwikkeling van structuren op grotere schaal, zoals zonnevlekken en coronale lussen, die het magnetisme van de zon vormgeven en ruimteweergebeurtenissen aansturen.

"Het simuleren van de zon op dit detailniveau duurde vroeger enkele maanden. Toen we het op Summit uitvoerden, voerden we dezelfde berekeningen uit in slechts tien dagen", aldus Congedo.

De wetenschappers valideerden de simulatie door hun resultaten te vergelijken met waarnemingen gedaan door de Interface Region Imaging Spectrograph op NASA's Solar Dynamics Observatory. De nauwe match toont aan dat de simulatie realistische fysica oplevert en een waardevol hulpmiddel biedt om de generatie van het magnetische veld van de zon te bestuderen.

De computationele eisen van de simulatie drijven de huidige supercomputers tot het uiterste. Voor elk van de vijf uitgevoerde simulaties waren gedurende meerdere weken duizenden computerknooppunten op de zeer parallelle Summit-supercomputer nodig. De gehele dataset bedraagt ​​ruim 200 terabytes.

“Onze simulaties laten zien dat de huidige generatie supercomputers ons in staat stelt voorheen hardnekkige problemen in de astrofysica op te lossen. We gaan een opwindend tijdperk binnen waarin we routinematig de atmosfeer van de zon kunnen onderzoeken op ongekende ruimtelijke en temporele schalen, wat de weg vrijmaakt voor revolutionaire vooruitgang in ons begrip van zonneactiviteit”, aldus Congedo.