Magnetfelt er ikke unikt for Jorda. De finnes overalt. Ogs? i galakser. Galakser er enorme opphopninger av stjerner. Det finnes mer enn 200 milliarder galakser i universet. Hver av dem best?r av alt fra et par millioner til flere billioner stjerner.
Det viser seg at magnetfeltene i galakser er overraskende sterke og at de m? ha blitt forsterket mens galaksene var unge.
Hvordan magnetfeltene har oppst?tt og utviklet seg, har mye ? si for hvordan universet ser ut i dag.
– Kunnskapen om magnetfelt er viktig for ? forst? svarte hull, kosmisk str?ling og hvordan stjerner dannes og kollapser, forteller Robert Wissing, postdoktor i kosmologi p? Institutt for teoretisk astrofysikk ved UiO.
I doktorgradsarbeidet sitt har han utviklet helt nye metoder for ? studere magnetfelt i galakser. Beregningene hans viser hvordan magnetfeltene er blitt forsterket i galakser og hvorfor magnetfeltene b?de er blitt strukket, vridd og b?yd.
Ikke lett ? forske p?
Uheldigvis er det ikke lett ? forske p? galakser. Hvis Wissing kunne ha eksperimentert med galakser i et vaskeekte laboratorium og observert hva som skjer over tid, ville han ha f?tt de mest presise svarene. Men dette er dessverre urealistisk. Galakser tar forferdelig mye plass. Bare Melkeveien alene har en bredde p? mer enn 100 000 lys?r. S? store laboratorier finnes ikke.
Det gj?r det ikke enklere at Wissing har ?nsket ? studere hvordan magnetfeltene i galaksene har utviklet seg fra galaksene ble skapt og tre milliarder ?r frem i tid. S? lang tid har ikke noen forskere tilgjengelig, heller ikke en s? ung forsker som Wissing, som fortsatt har hele f?rti ?r igjen av karrieren sin.
Omfattende simuleringer
Han m?tte derfor benytte seg av en helt annen vitenskapelig metode. Han brukte simuleringer. Simuleringer gj?r det mulig ? eksperimentere med virkeligheten i en datamaskin.
– Jeg har simulert hvordan magnetfeltene utvikler seg i galakser over tid.
Det finnes mange ulike simuleringsmodeller. Wissing lagde en numerisk modell. En slik modell bruker numerisk analyse for ? finne tiln?rmete l?sninger i et sett av matematiske ligninger som ikke kan l?ses eksakt.
– Vi har oppdaget at magnetfeltene utvikler seg veldig fort i galakser. Her snakker vi om hundre millioner ?r. Det er veldig raskt i galaktisk tid. Magnetfeltene er 14 milliarder ganger sterkere enn det astrofysikerne tidligere har trodd.
Vellykket teori
Sp?rsm?let hans er hvordan det kunne skje.
Det har ikke skortet p? teorier.
– En av dem er dynamo-teorien.
Dynamo-teorien handler om overf?ring fra kinetisk energi til magnetisk energi. Og for dere som har fortrengt fysikk-kunnskapene fra skoletiden: Kinetisk energi er den energien en gjenstand har p? grunn av hastigheten sin. Magnetisk energi er energien i det magnetiske feltet.
Det finnes ulike varianter av dynamo-teorien.
– Noen av dem g?r ut p? at turbulens kan v?re meget effektivt for ? overf?re kinetisk energi til magnetisk energi.
Da Wissing la den spesielle dynamo-matematikken inn i modellene sine, fikk han simuleringer som samsvarer med dagens observasjoner.
Han har dessuten sett p? ulike etapper i utviklingen av magnetiske felt.
– F?rst m? de magnetiske feltene dannes. Det finnes masse teorier om dette. Dannelsen har enten skjedd rett etter Big Bang eller da de f?rste stjernene ble dannet.
I en senere etappe kan Wissing sl? fast at magnetfeltene er velordnet. Alle spiral-armene i galaksene g?r i samme retning.
– Ved hjelp av rotasjonen i galaksene kan de magnetiske feltene bli ordnet p? denne m?ten.
Tungregnemaskin
Simuleringene er ikke sm?tterier. Wissing har simulert hvordan magnetfeltet har endret seg i 40 galakser gjennom tre milliarder ?r. Disse galaksene er av samme type som Melkeveien – v?r egen galakse.
Simuleringene ble kj?rt p? de nasjonale tungregnemaskinene til Sigma2. Selv om Wissing kj?rte beregningene p? tusen parallelle prosessorer, tok det likevel en hel m?ned ? kj?re programmet. Uten tungregnemaskin hadde simuleringen tatt 83 ?r.
I neste runde skal Wissing simulere mange ulike galaksetyper i slengen. Da trenger han tilgang til 10 000 parallelle prosessorer. Hvis han ikke optimerer programvaren enda mer, vil de nye simuleringene ta flere ?r av tungregnemaskinens regnekapasitet. Wissing er derfor i gang med ? finne frem til hvordan han kan gjennomf?re simuleringene med enda raskere numeriske metoder.
I h?st fikk Wissing Yara Birkeland-prisen for arbeidet sitt. Priskomiteen kalte forskningen hans for ?et viktig bidrag innen teoretisk astrofysikk? og ?et verdifullt bidrag i forst?elsen av dynamikken rundt galaksens magnetfelt og sorte hull?. Dette er f?rste gangen Yara Birkeland-prisen er gitt til en stipendiat p? Astrofysisk institutt ved UiO.
?