为什么空间等离子体中离子的温度比电子高？

　　部分在日本ATERUI II超级计算机上进行的新模拟发现，离子在空间等离子体中比电子温度更高的原因是，它们能够更好地吸收等离子体中压缩湍流波动的能量。这些发现对理解各种天体的观测有重要的意义，例如事件视界望远镜拍摄的吸积盘图像和M87超大质量黑洞的阴影。

　　除了我们每天在周围看到的物质(固体、液体和气体)的正常三种状态之外，还有一种叫做等离子体的附加状态，它只存在于高温下。在这些条件下，电子与它们的母原子分离，留下带正电荷的离子。在空间等离子体中，电子和离子很少相互碰撞，这意味着它们可以在不同的条件下共存，例如在不同的温度下。然而，没有明显的理由说明为什么它们应该有不同的温度，除非某些力对它们的影响不同。所以为什么在空间等离子体中离子通常比电子热一直是个谜。

　　加热等离子体的一种方法是通过湍流。湍流中的混沌波动与粒子平稳混合，然后它们的能量转化为热量。为了确定不同类型的波动在等离子体加热中的作用，由日本东北大学的河原洋平领导的一个国际小组进行了世界上第一次空间等离子体模拟，包括两种类型的波动，磁场线的横向振荡和压力的纵向振荡。他们使用非线性混合回转运动模拟，特别擅长模拟缓慢波动。这些模拟是在几台超级计算机上进行的，包括日本国家天文台的ATERUI II。

　　结果表明，纵向波动喜欢与离子混合，但留下电子。另一方面，横向波动可以与离子和电子混合。“令人惊讶的是，纵向波动对混合的伙伴物种很挑剔，”卡瓦祖拉说。这是理解在太空中观察到的等离子体中离子与电子加热比的一个关键结果，就像星系M87中超大质量黑洞周围的情况一样。