Астрофизики выявили скрытую ошибку в симуляциях турбулентности в космосе
Группа астрофизиков опубликовала статью в архиве препринтов arXiv, в которой пересматривается достоверность компьютерных симуляций турбулентных слоев радиационного перемешивания (TRML). Эти слои играют ключевую роль в переносе энергии и импульса в многофазной астрофизической плазме, например, в межзвездном газе.
Используя высокоразрешающие расчеты на коде AthenaK, ученые исследовали, насколько хорошо симуляции воспроизводят микро- и макросвойства этих слоев. Основное внимание уделялось параметру полного охлаждения, который ранее демонстрировал независимость от разрешения сетки — это считалось признаком надежности модели.
Однако авторы показали, что эта независимость обусловлена не физикой, а случайной компенсацией двух противоположных численных эффектов: численной диссипации и численной вязкости. По их словам, „не существует физической картины, объясняющей такую компенсацию“. Это ставит под сомнение, насколько можно доверять результатам подобных экспериментов.
Для получения корректной фазовой структуры газа, важной для предсказания наблюдаемых свойств, необходимо разрешить масштаб, на котором турбулентная диффузия действует за время, сравнимое с временем охлаждения. Этот масштаб авторы назвали „турбулентной длиной поля“ λF,turb — он определяется равенством времени оборота вихря и времени охлаждения.
Только при разрешении этого масштаба, как показали расчеты, достигается сходимость фазовой структуры и пространственное разрешение переходов между газовыми фазами. Работа указывает на необходимость перепроверки многих существующих симуляций турбулентного перемешивания в астрофизике.
