Novas simulações realizadas em parte no supercomputador ATERUI II no Japão descobriram que a razão pela qual os íons existem em temperaturas mais altas do que os elétrons no plasma espacial é porque eles são mais capazes de absorver energia de flutuações turbulentas compressivas no plasma. Essas descobertas têm implicações importantes para a compreensão das observações de vários objetos astronômicos, como as imagens do disco de acreção e a sombra do buraco negro supermassivo M87 capturadas pelo Event Horizon Telescope.

Além dos três estados normais da matéria (sólido, líquido, e gás) que vemos ao nosso redor todos os dias, existe um estado adicional chamado plasma que existe apenas em altas temperaturas. Sob estas condições, os elétrons se separam de seus átomos pais, deixando para trás íons carregados positivamente. No plasma espacial, os elétrons e íons raramente colidem uns com os outros, o que significa que eles podem coexistir em diferentes condições, como em diferentes temperaturas. Contudo, não há nenhuma razão óbvia para que eles tenham temperaturas diferentes, a menos que alguma força os afete de maneira diferente. Portanto, por que os íons são geralmente mais quentes do que os elétrons no plasma espacial é um mistério há muito tempo.

Uma forma de aquecer o plasma é por turbulência. Flutuações caóticas na turbulência se misturam suavemente com as partículas, e então sua energia é convertida em calor. Para determinar as funções de diferentes tipos de flutuações no aquecimento do plasma, uma equipe internacional liderada por Yohei Kawazura na Tohoku University, no Japão, realizou as primeiras simulações mundiais de plasma espacial, incluindo dois tipos de flutuações, oscilações transversais de linhas de campo magnético e oscilações longitudinais de pressão. Eles usaram simulações giroquinéticas híbridas não lineares que são particularmente boas na modelagem de flutuações lentas. Essas simulações foram realizadas em vários supercomputadores, incluindo ATERUI II no Observatório Astronômico Nacional do Japão.

Os resultados mostraram que as flutuações longitudinais gostam de se misturar com os íons, mas deixam os elétrons. Por outro lado, as flutuações transversais podem se misturar com íons e elétrons. "Surpreendentemente, as flutuações longitudinais são exigentes sobre as espécies parceiras para se misturar, "diz Kawazura. Este é um resultado fundamental para compreender as razões de aquecimento íon para elétron em plasmas observados no espaço, assim ao redor do buraco negro supermassivo no Galaxy M87.