Kompressionsudsving opvarmer ioner i rumplasma

Nye simuleringer udført til dels på ATERUI II-supercomputeren i Japan har fundet ud af, at grunden til, at ioner eksisterer ved højere temperaturer end elektroner i rumplasma, er, at de er bedre i stand til at absorbere energi fra kompressive turbulente udsving i plasmaet. Disse fund har vigtige implikationer for forståelsen af ​​observationer af forskellige astronomiske objekter, såsom billederne af tilvækstskiven og skyggen af ​​det supermassive sorte hul M87 fanget af Event Horizon-teleskopet.

Ud over de normale tre tilstande af stof (fast, væske, og gas), som vi ser omkring os hver dag, der er en yderligere tilstand kaldet plasma, som kun eksisterer ved høje temperaturer. Under disse forhold, elektroner bliver adskilt fra deres moderatomer og efterlader positivt ladede ioner. I rumplasma kolliderer elektroner og ioner sjældent med hinanden, hvilket betyder, at de kan eksistere sammen under forskellige forhold, fx ved forskellige temperaturer. Imidlertid, der er ingen åbenlys grund til, at de skal have forskellige temperaturer, medmindre en eller anden kraft påvirker dem anderledes. Så hvorfor ioner normalt er varmere end elektroner i rumplasma har længe været et mysterium.

En måde at opvarme plasma på er ved turbulens. Kaotiske udsving i turbulens blandes jævnt med partikler, og så bliver deres energi omdannet til varme. For at bestemme rollerne af forskellige typer af fluktuationer i plasmaopvarmning, et internationalt hold ledet af Yohei Kawazura ved Tohoku University i Japan udførte verdens første simuleringer af rumplasma, herunder to typer udsving, tværgående svingninger af magnetfeltlinjer og langsgående tryksvingninger. De brugte ikke-lineære hybride gyrokinetiske simuleringer, som er særligt gode til at modellere langsomme fluktuationer. Disse simuleringer blev udført på flere supercomputere, herunder ATERUI II ved Japans National Astronomical Observatory.

Resultaterne viste, at de langsgående udsving gerne blandes med ioner, men efterlader elektroner. På den anden side kan de tværgående udsving blandes med både ioner og elektroner. "Overraskende nok, de langsgående udsving er kræsne med hensyn til partnerarten at blande sig med, " siger Kawazura. Dette er et nøgleresultat for at forstå forholdet mellem ion og elektron opvarmning i plasma observeret i rummet, sådan omkring det supermassive sorte hul i Galaxy M87.