Deeltjesmethoden voor Newtoniaanse en relativische plasmasimulaties

De astrofysische omgeving van zwarte gaten en neutronensterren is een van de meest interessante testlocaties voor ons begrip van hoge-energie fenomenen. Het gedrag van het plasma, een gemagnetiseerd gas van lage dichtheid, rondom zulke objecten wordt bepaald door de concurrerende effecten van zwaartekracht, elektromagnetische krachten, straling en kinetische dynamica. De kleurrijke interactie tussen deze diverse fysische processen is de oorzaak van extreem energetische gebeurtenissen zoals vlammen en straalstromingen, die ook geobserveerd zijn vanaf Aarde. Astrofysische plasmas bestaan niet alleen in de omgeving van zwarte gaten, maar vormen 99% van de observeerbare materie in het Heelal. Dit is ook het geval voor onze Zon, waar dezelfde (doch minder energetische) plasmaprocessen plaatsvinden, zonder het effect van extreme zwaartekracht. De studie van de plasmadynamica, van sterren tot zwarte gaten, is het fundament onder de moderne astrofysica en een sterk groeiend en actief onderzoeksveld.

Theoretisch onderzoek naar zulke fenomenen wordt in het algemeen uitgevoerd met behulp van numerieke methoden, geïmplementeerd in computercodes, die simulaties produceren van de onderzochte systemen. Binnen de grote hoeveelheid numerieke methoden, zijn deeltjesmethoden specifiek bekend voor hun veelzijdigheid en nauwkeurige beschrijving van de onderliggende fysica. Deze methoden kunnen toegepast worden in de studie van plasma op vele manieren, van de beschrijving van de microscopische schalen van deeltjesdynamica, tot de macroscopische schalen van zonnevlammen. Mits geïmplementeerd in geschikte modellen, is het gebruik van deeltjesmethoden nodig voor de beschrijving van fenomenen, die een minder fundamentele aanpak niet kan vangen, zodat huidige en toekomstige observaties vergeleken kunnen worden met theoretische voorspellingen.

Het onderzoek naar nauwkeurige, doch numeriek goedkope deeltjesmethoden voor plasmas is essentieel voor de verbetering van ons begrip van hoge-energie fenomenen in de astrofysica. Mijn onderzoek is gewijd aan de constructie en toepassing van nieuwe, geavanceerde deeltjesmethoden voor simulaties van plasmas in zowel de zwakke als extreme zwaartekrachtsregimes. Het ultieme doel is om de mysteries van nog niet onderzochte astrofysische processen te begrijpen, op hiervoor onbereikbare tijd-, lengte-, en energieschalen.