&Peluru; fisika 15, 170
Simulasi plasma di sekitar lubang hitam menunjukkan bahwa “rekoneksi magnetik” dapat membangkitkan hotspot gelombang radio yang mengorbit lubang hitam, sebuah prediksi yang dapat diuji oleh pengukuran di masa depan oleh Event Horizon Telescope.
B. Universitas Krinkand/Princeton
Lubang hitam hanya memiliki tiga parameter – massa, rotasi, dan muatan – yang dapat dianggap sebagai salah satu objek astrofisika paling sederhana di alam semesta. Namun, banyaknya pertanyaan yang belum terjawab tentang perilaku kedua raksasa gelap itu juga menjadikan mereka salah satu yang paling misterius. Sebuah misteri mengapa plasma di sekitar lubang hitam bersinar begitu terang. Nah, dalam simulasi 3D medan magnet dalam plasma ini, Benjamin Krinkand dan rekan-rekannya di Universitas Princeton berpikir mereka telah menemukan jawabannya: memutuskan dan menghubungkan kembali garis-garis medan magnet. [1]. Simulasi memprediksi bahwa dalam kondisi tertentu, ketidakstabilan medan magnet dapat menyebabkan hotspot gelombang radio mengorbit bayangan lubang hitam. Prediksi ini dapat diuji oleh versi mendatang dari Event Horizon Telescope (EHT) – jaringan antena radio yang digunakan untuk menangkap gambar pertama lubang hitam (lihat Berita penelitian: Gambar pertama lubang hitam Bima Sakti).
Ada beberapa mekanisme yang diyakini fisikawan di balik pancaran lubang hitam. Salah satu gaya ini disebut gaya akresi, di mana gaya seperti gesekan dalam plasma yang jatuh memanaskan plasma dan menyebabkan foton dipancarkan. Model proses ini memprediksi sinyal emisi stabil yang tampaknya tidak konsisten dengan pengamatan semburan sinar gamma intensitas tinggi dari lubang hitam.
Kemungkinan lain – yang sedang dipertimbangkan Krinkande dan rekan – adalah bahwa energi yang dibutuhkan untuk menghasilkan cahaya ini diambil dari medan magnet yang mengalir melalui plasma. Ketika garis-garis yang terkait dengan medan ini terpisah dan kemudian bergabung kembali – sebuah proses yang dikenal sebagai rekoneksi magnetik – energi medan magnet dapat diubah menjadi energi kinetik plasma, yang kemudian dipancarkan sebagai foton. Model ini tidak akan menggantikan model akumulasi, tetapi akan bekerja bersamanya.
Dalam simulasi 2D, tim sebelumnya telah menemukan bahwa proses magnetik semacam itu dapat menyebabkan emisi sinar gamma – yang dapat menjelaskan ledakan yang diamati. Sekarang mereka beralih ke simulasi 3D dan memasukkan emisi gelombang radio, yang berkorelasi dengan pengamatan lubang hitam oleh EHT. “Kami ingin mendapatkan gambaran yang lebih realistis yang dapat kami bandingkan dengan data eksperimen,” kata Krinkand.
Tim berhipotesis bahwa lubang hitam kadang-kadang memasuki apa yang disebut keadaan plasma tersulut, di mana sebagian besar plasma menjadi tidak berdaya – yang berarti gaya magnet begitu kuat sehingga menutupi efek gaya seperti gesekan selama akresi. Tim mensimulasikan dinamika partikel plasma dan medan magnetnya, dan melihat transfer energi antara partikel dan medan. Menurut Krinkande, model memperhitungkan semua arus yang mengalir dalam plasma – serta efek relativistik umum yang telah dikesampingkan dari penelitian sebelumnya.
Simulasi tim menunjukkan bahwa garis medan magnet terus bergerak, menekuk, membelah dan rekombinasi saat mereka bergerak melalui plasma dan berinteraksi dengan partikel. Seperti dalam pekerjaan mereka sebelumnya menggunakan simulasi 2D, para peneliti menemukan bahwa energi medan magnet diubah menjadi energi kinetik plasma ketika garis-garis medan dihubungkan kembali.
Tim memodelkan gelombang radio yang dipancarkan oleh plasma energik dan menggunakan teknologi ray tracing untuk memvisualisasikan seperti apa radiasi itu bagi pengamat di Bumi. Mereka menemukan bahwa pancaran gelombang radio didominasi oleh struktur cincin yang intensitasnya bervariasi dari waktu ke waktu. Fluktuasi ini muncul sebagai hotspot gelombang radio yang mengorbit bayangan lubang hitam. Dalam kasus lubang hitam besar seperti yang ada di pusat galaksi M87, jari-jari orbit titik panas diperkirakan sekitar tiga kali jari-jari lubang hitam, dan periode orbitnya sekitar 5 hari.
Crinquand mencatat bahwa versi EHT saat ini tidak mungkin menangkap pola emisi yang diprediksinya dan rekan-rekannya karena resolusi spatio-temporal teleskop terlalu rendah untuk menangkap fitur ini. Dia juga mencatat bahwa sifat sementara dari pola-pola ini berarti mereka tidak selalu dapat dilihat, bahkan dengan kemampuan pencitraan resolusi tinggi. “Seiring waktu, fluks penumpukan mereda dan kemudian kami berharap plasma menyala dan titik panas ini menjadi terlihat,” katanya. Bahkan dengan iterasi EHT berikutnya, Crinquand mengatakan para peneliti akan membutuhkan “keberuntungan” untuk menggambarkan fitur-fitur ini. Tapi dia berharap kondisi yang tepat akan datang bersama. “Saya ingin melihat EHT menangkap lubang hitam yang memancarkan hotspot.”
Studi ini merupakan “langkah penting” dalam memahami proses yang bertanggung jawab atas radiasi di sekitar lubang hitam, kata Amir Levinson, fisikawan lubang hitam di Universitas Tel Aviv, Israel. “Analisis rinci dinamika magnetosfer dan emisi merupakan tantangan berat yang, jika berhasil diselesaikan, dapat memajukan pengetahuan kita tentang fisika dasar dan astrofisika.” Levinson menambahkan bahwa sementara masih ada jalan panjang untuk memahami sepenuhnya semua proses mendeteksi apa yang terjadi di plasma di sekitar lubang hitam,” [by Crinquand and colleagues] Itu terlihat menjanjikan.”
Kathryn Wright
Kathryn Wright adalah wakil editor majalah Fisika Majalah.
pemberitahuan
- B. Crinquand dkk.“Gambar sintetis dari radiasi yang digerakkan secara magnetosfer di sekitar lubang hitam supermasif” Ilmu urai. pendeta menyala. 129205101 (2022).
