Kosmiczne źródła wysoko-energetycznego promieniowania gamma, takie jak blazary czy pulsary, charakteryzują się obecnością ekstremalnej plazmy, której energia zdominowana jest składową magnetyczną. W takiej plazmie zachodzą skomplikowane procesy fizyczne, m.in. rekoneksja pól magnetycznych, prowadzące do dyssypacji energii magnetycznej, przyspieszania cząstek oraz emisji promieniowania gamma. Procesy te można w ograniczonym zakresie badać poprzez symulacje numeryczne, w szczególności wykorzystując kinetyczny algorytm typu "cząstka w komórce" (ang. particle-in-cell). W symulacjach numerycznych wykorzystywane są rozmaite warunki początkowe, jedną z niedawno zaproponowanych możliwości są tzw. "pola ABC". W polach ABC, każda składowa pola magnetycznego opisana jest jako stojąca sinusoidalna fala rozpięta w całej objętości symulacji. Jest to wyidealizowana periodyczna konfiguracja, która prowadzi do ciekawych efektów, pozwala na śledzenie formowania się cienkich warstw prądowych, w których zachodzi rekoneksja magnetyczna, w których przyspieszane są cząstki i produkowane jest promieniowanie gamma. Wszystkie wymienione procesy odbywają się jednocześnie i bardzo dynamicznie, dlatego też symulacje numeryczne są nieodzowne do ich opisu.
Dr hab. Krzysztof Nalewajko z CAMK PAN przeprowadził pierwsze trójwymiarowe kinetyczne symulacje numeryczne pól ABC, wykorzystując do tego celu największy polski superkomputer Prometheus znajdujący się w ACK Cyfronet AGH w Krakowie, a także amerykański superkomputer Mira w ALCF ANL w Argonne, USA. Symulacje te stanowią rozwinięcie wcześniejszych symulacji dwuwymiarowych, otrzymanych we współpracy z grupą Prof. Rogera Blandforda z Uniwersytetu Stanforda w USA, a których wyniki zostały opublikowane w roku 2016. Nowe symulacje trójwymiarowe potwierdzają większość zasadniczych wyników symulacji dwuwymiarowych, pokazują też kilka zasadniczych różnic, np. wzajemne oddziaływanie par warstw prądowych.
Praca pt. "Three-dimensional kinetic simulations of relativistic magnetostatic equilibria" opublikowana została w czasopiśmie Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Na stronie autora można znaleźć animacje wybranych wyników symulacji numerycznych.
Załączone rysunki przedstawiają wizualizacje wyników jednej z symulacji w momencie zlewania się par warstw prądowych. Pierwszy rysunek przedstawia trójwymiarowy rozkład natężenia pola magnetycznego (kolor biały - słabe pole, kolor ciemnozielony - silne pole). Drugi rysunek przedstawia dwuwymiarowy rozkład pól magnetycznych, a także obszary pola elektrycznego równoległego do pola magnetycznego (kolor różowy). Trzeci rysunek przedstawia dwuwymiarowy rozkład prądu elektrycznego, silne warstwy prądowe przedstawia kolor ciemnozielony, obszary wysokiej energii cząstek zaznaczono pomarańczowymi konturami.
Projekt wspierany jest przez Narodowe Centrum Nauki poprzez grant typu SONATA BIS o numerze 2015/18/E/ST9/00580.
