Nieuwe simulaties die gedeeltelijk zijn uitgevoerd op de ATERUI II-supercomputer in Japan hebben aangetoond dat de reden dat ionen bij hogere temperaturen bestaan ​​dan elektronen in ruimteplasma, is omdat ze beter in staat zijn om energie te absorberen van compressieve turbulente fluctuaties in het plasma. Deze bevindingen hebben belangrijke implicaties voor het begrijpen van waarnemingen van verschillende astronomische objecten, zoals de afbeeldingen van de accretieschijf en de schaduw van het superzware zwarte gat M87, vastgelegd door de Event Horizon Telescope.

Naast de normale drie toestanden van materie (vast, vloeistof, en gas) die we elke dag om ons heen zien, er is een extra toestand die plasma wordt genoemd en die alleen bij hoge temperaturen bestaat. Onder deze voorwaarden, elektronen worden gescheiden van hun ouderatomen en laten positief geladen ionen achter. In ruimteplasma botsen de elektronen en ionen zelden met elkaar, wat betekent dat ze in verschillende omstandigheden naast elkaar kunnen bestaan, bijvoorbeeld bij verschillende temperaturen. Echter, er is geen duidelijke reden waarom ze verschillende temperaturen zouden moeten hebben, tenzij een of andere kracht ze anders beïnvloedt. Dus waarom ionen meestal heter zijn dan elektronen in plasma in de ruimte, is lang een mysterie geweest.

Een manier om plasma te verwarmen is door turbulentie. Chaotische fluctuaties in turbulentie vermengen zich soepel met deeltjes, en dan wordt hun energie omgezet in warmte. Om de rol van verschillende soorten fluctuaties in plasmaverwarming te bepalen, een internationaal team onder leiding van Yohei Kawazura aan de Tohoku University in Japan voerde 's werelds eerste simulaties van ruimteplasma uit, inclusief twee soorten fluctuaties, transversale oscillaties van magnetische veldlijnen en longitudinale oscillaties van druk. Ze gebruikten niet-lineaire hybride gyrokinetische simulaties die bijzonder goed zijn in het modelleren van langzame fluctuaties. Deze simulaties zijn uitgevoerd op verschillende supercomputers, waaronder ATERUI II bij de National Astronomical Observatory van Japan.

De resultaten toonden aan dat de longitudinale fluctuaties zich graag mengen met ionen, maar elektronen achterlaten. Aan de andere kant kunnen de transversale fluctuaties zich vermengen met zowel ionen als elektronen. "Verrassend genoeg, de longitudinale fluctuaties zijn kieskeurig over de partnersoort om mee te vermengen, ", zegt Kawazura. Dit is een belangrijk resultaat voor het begrijpen van de ion-tot-elektron-verwarmingsverhoudingen in plasma's die in de ruimte worden waargenomen, zoals dat rond het superzware zwarte gat in Galaxy M87.