Les fluctuations de compression chauffent les ions dans le plasma spatial –
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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 à même d’absorber l’énergie des fluctuations turbulentes compressives 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 capturé par le télescope Event Horizon.
En plus des trois états normaux de la matière (solide, liquide et gazeux) que nous voyons autour de nous tous les jours, il existe un état supplémentaire appelé plasma qui n’existe qu’à des températures élevées. 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 se heurtent rarement, ce qui signifie qu’ils peuvent coexister dans des conditions différentes, comme à des températures différentes. 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.
La turbulence est une façon de chauffer le plasma. Les fluctuations chaotiques de la turbulence se mélangent doucement 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 effectué les premières simulations mondiales de plasma spatial comprenant deux types de fluctuations, des oscillations transversales des lignes de champ magnétique et des oscillations longitudinales de 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 avec les ions et les électrons. «Étonnamment, les fluctuations longitudinales sont difficiles sur les espèces partenaires avec lesquelles se mélanger», déclare Kawazura. Il s’agit d’un résultat clé pour comprendre les rapports de chauffage ion-électron dans les plasmas observés dans l’espace, comme celui autour du trou noir supermassif de la galaxie M87.
Source de l’histoire:
Matériaux fourni par Instituts nationaux des sciences naturelles. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.
