Simuleringar som kördes på världens mest kraftfulla superdator, Summit at the Oak Ridge Leadership Computing Facility, avslöjade dramatiska förändringar i solens magnetiska fältstyrka i en takt 10 gånger snabbare än tidigare observerats. Fynden förbättrar forskarnas förmåga att förutsäga väderhändelser i rymden, såsom koronala massutkastningar - utbrott av plasma och laddade partiklar från solen som kan leda till geomagnetiska stormar på jorden och skada astronauter och satelliter.

Forskare vid University of Chicagos Center for Computational Astrophysics simulerade aktivitet på solens yta – känd som fotosfären – och i dess yttre lager – kallad korona. Deras mål var att förstå hur magnetfält genereras och lagras i båda regionerna.

"För att undersöka dessa fenomen har vi zoomat in på solen som aldrig förr och modellerat ett aldrig tidigare skådat antal små strukturer i fotosfären och koronan och deras interaktioner", säger Juanyi Cao, en postdoktor vid University of Chicago. första författare till en studie publicerad i Astrophysical Journal Letters. "Toppmötet gjorde det möjligt för oss att utföra den högsta upplösningssimuleringen som någonsin gjorts av dessa småskaliga händelser för att hitta de mest övertygande bevisen på magnetisk återkoppling i aktion."

Simuleringen avslöjar närvaron av magnetisk återkoppling över hela solens yta, vilket indikerar hur magnetfälten kontinuerligt bryter och återansluter i hela solens atmosfär. Denna process leder till utvecklingen av större strukturer som solfläckar och koronala slingor som formar solens magnetism och driver rymdväderhändelser.

"Att simulera solen på denna detaljnivå brukade ta flera månader. När vi körde den på Summit gjorde vi samma beräkningar på bara 10 dagar", säger Congedo.

Forskarna validerade simuleringen genom att jämföra deras resultat med observationer som gjorts av Interface Region Imaging Spectrograph på NASA:s Solar Dynamics Observatory. Den nära matchningen visar att simuleringen producerar realistisk fysik och ger ett värdefullt verktyg för att studera genereringen av solmagnetfältet.

Simuleringens beräkningskrav pressar dagens superdatorer till sina gränser. Var och en av de fem genomförda simuleringarna krävde tusentals beräkningsnoder på den mycket parallella Summit-superdatorn under flera veckor. Hela datamängden uppgår till mer än 200 terabyte.

"Våra simuleringar visar att den nuvarande generationen superdatorer tillåter oss att lösa tidigare svårlösta problem inom astrofysik. Vi går in i en spännande era där vi rutinmässigt kan undersöka solens atmosfär i oöverträffade rumsliga och tidsmässiga skalor, vilket sätter scenen för revolutionära framsteg i vår förståelse av solaktivitet, säger Congedo.