De nouvelles simulations réalisées en partie sur le supercalculateur ATERUI II au Japon ont montré que la raison pour laquelle les ions existent à des températures plus élevées que les électrons dans le plasma spatial est qu'ils sont mieux capables d'absorber l'énergie des fluctuations turbulentes de compression dans le plasma. Ces découvertes ont des implications importantes pour la compréhension des observations de divers objets astronomiques tels que les images du disque d'accrétion et l'ombre du trou noir supermassif M87 capturés par le télescope Event Horizon.

En plus des trois états normaux de la matière (solide, liquide, et gaz) que nous voyons chaque jour autour de nous, il existe un état supplémentaire appelé plasma qui n'existe qu'à haute température. Dans ces conditions, les électrons se séparent de leurs atomes parents, laissant derrière eux des ions chargés positivement. Dans le plasma spatial, les électrons et les ions entrent rarement en collision, ce qui signifie qu'ils peuvent coexister dans des conditions différentes, comme à différentes températures. Cependant, il n'y a aucune raison évidente pour laquelle ils devraient avoir des températures différentes, à moins qu'une force ne les affecte différemment. Alors pourquoi les ions sont généralement plus chauds que les électrons dans le plasma spatial a longtemps été un mystère.

Une façon de chauffer le plasma est la turbulence. Les fluctuations chaotiques de la turbulence se mélangent en douceur aux particules, puis leur énergie est convertie en chaleur. Pour déterminer les rôles des différents types de fluctuations dans le chauffage du plasma, une équipe internationale dirigée par Yohei Kawazura de l'université de Tohoku au Japon a réalisé les premières simulations au monde de plasma spatial incluant deux types de fluctuations, oscillations transversales des lignes de champ magnétique et oscillations longitudinales de la pression. Ils ont utilisé des simulations gyrocinétiques hybrides non linéaires qui sont particulièrement efficaces pour modéliser les fluctuations lentes. Ces simulations ont été réalisées sur plusieurs supercalculateurs, dont ATERUI II à l'Observatoire astronomique national du Japon.

Les résultats ont montré que les fluctuations longitudinales aiment se mélanger aux ions mais laissent des électrons. D'autre part, les fluctuations transversales peuvent se mélanger à la fois aux ions et aux électrons. "Étonnamment, les fluctuations longitudinales sont pointilleuses sur les espèces partenaires avec lesquelles se mélanger, " dit Kawazura. C'est un résultat clé pour comprendre les rapports de chauffage ion/électron dans les plasmas observés dans l'espace, comme ça autour du trou noir supermassif du Galaxy M87.