Magnetfelt er ikke unikt for jorda. De finnes overalt. Også i galakser. Galakser er enorme opphopninger av stjerner. Det finnes mer enn 200 milliarder galakser i universet. Hver av dem består av alt fra et par millioner til flere billioner stjerner.

Det viser seg at magnetfeltene i galakser er overraskende sterke og at de må ha blitt forsterket mens galaksene var unge.

Hvordan magnetfeltene har oppstått og utviklet seg, har mye å si for hvordan universet ser ut i dag.

– Kunnskapen om magnetfelt er viktig for å forstå svarte hull, kosmisk stråling og hvordan stjerner dannes og kollapser, forteller Robert Wissing, postdoktor i kosmologi på Institutt for teoretisk astrofysikk ved Universitetet i Oslo (UiO).

I doktorgradsarbeidet sitt har han utviklet helt nye metoder for å studere magnetfelt i galakser. Beregningene hans viser hvordan magnetfeltene er blitt forsterket i galakser og hvorfor magnetfeltene både er blitt strukket, vridd og bøyd.

Ikke lett å forske på

Uheldigvis er det ikke lett å forske på galakser. Hvis Wissing kunne ha eksperimentert med galakser i et vaskeekte laboratorium og observert hva som skjer over tid, ville han ha fått de mest presise svarene. Men dette er dessverre urealistisk. Galakser tar forferdelig mye plass. Bare Melkeveien alene har en bredde på mer enn 100 000 lysår. Så store laboratorier finnes ikke.

Det gjør det ikke enklere at Wissing har ønsket å studere hvordan magnetfeltene i galaksene har utviklet seg fra galaksene ble skapt og tre milliarder år frem i tid. Så lang tid har ikke noen forskere tilgjengelig, heller ikke en så ung forsker som Wissing, som fortsatt har hele førti år igjen av karrieren sin.

• Les også i Forskningsmagasinet Apollon: De fornyer den kunstige intelligensen

Omfattende simuleringer

Han måtte derfor benytte seg av en helt annen vitenskapelig metode. Han brukte simuleringer. Simuleringer gjør det mulig å 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 å finne tilnærmete løsninger i et sett av matematiske ligninger som ikke kan løses eksakt.

– Vi har oppdaget at magnetfeltene utvikler seg veldig fort i galakser. Her snakker vi om hundre millioner år. Det er veldig raskt i galaktisk tid. Magnetfeltene er 14 milliarder ganger sterkere enn det astrofysikerne tidligere har trodd.

• Les også i Forskningsmagasinet Apollon: Skal avsløre farlige solstormer med tusenvis av nye antenner når nordlyset herjer som verst
  
  

Vellykket teori

Spørsmålet hans er hvordan det kunne skje.

Det har ikke skortet på teorier.

– En av dem er dynamo-teorien.

Dynamo-teorien handler om overføring fra kinetisk energi til magnetisk energi. Og for dere som har fortrengt fysikk-kunnskapene fra skoletiden: Kinetisk energi er den energien en gjenstand har på grunn av hastigheten sin. Magnetisk energi er energien i det magnetiske feltet.

Det finnes ulike varianter av dynamo-teorien.

– Noen av dem går ut på at turbulens kan være meget effektivt for å overføre 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 på ulike etapper i utviklingen av magnetiske felt.

– Først må de magnetiske feltene dannes. Det finnes masse teorier om dette. Dannelsen har enten skjedd rett etter Big Bang eller da de første stjernene ble dannet.

I en senere etappe kan Wissing slå fast at magnetfeltene er velordnet. Alle spiral-armene i galaksene går i samme retning.

– Ved hjelp av rotasjonen i galaksene kan de magnetiske feltene bli ordnet på denne måten.

• Les også i Forskningsmagasinet Apollon: Nye satellitter skal overvåke alle de 200 000 isbreene i verden
  

Tungregnemaskin

Simuleringene er ikke småtterier. Wissing har simulert hvordan magnetfeltet har endret seg i 40 galakser gjennom tre milliarder år. Disse galaksene er av samme type som Melkeveien – vår egen galakse.

Simuleringene ble kjørt på den nasjonale tungregnemaskinen Sigma2. Selv om Wissing kjørte beregningene på tusen parallelle prosessorer, tok det likevel en hel måned å kjøre programmet. Uten tungregnemaskin hadde simuleringen tatt 83 år.

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 år av tungregnemaskinens regnekapasitet. Wissing er derfor i gang med å finne frem til hvordan han kan gjennomføre simuleringene med enda raskere numeriske metoder.

I høst fikk Wissing Yara Birkeland-prisen for arbeidet sitt. Priskomiteen kalte forskningen hans for «et viktig bidrag innen teoretisk astrofysikk» og «et verdifullt bidrag i forståelsen av dynamikken rundt galaksens magnetfelt og sorte hull». Dette er første gangen Yara Birkeland-prisen er gitt til en stipendiat på Astrofysisk institutt ved UiO.

Denne artikkelen ble først publisert i Forskningsmagasinet Apollon. Les originalen her.