Para peneliti di Perancis telah menciptakan eksperimen baru yang dapat meningkatkan pemahaman kita tentang dinamika cakram akresi bintang dan lubang hitam. Dirancang oleh Marlone Vernet dan rekannya di Universitas Sorbonne Paris, percobaan ini menggunakan kombinasi medan listrik radial dan medan magnet vertikal untuk menampung piringan logam cair yang berputar. Hal ini memungkinkan tim untuk mengamati bagaimana momentum sudut ditransfer di dalam piringan – sesuatu yang dapat memberikan wawasan tentang pembentukan planet dan wilayah di sekitar lubang hitam.
Akresi adalah proses dimana suatu benda masif seperti bintang atau lubang hitam menarik gas dan debu dari sekitarnya. Hasilnya adalah piringan akresi yang berputar-putar, dengan gas dan debu semakin mendekati objek masif tersebut. Dalam sistem bintang, planet terbentuk di dalam cakram akresi dan para astronom dapat mempelajari lubang hitam dengan mengamati radiasi dari cakram akresinya.
Agar debu dan gas dapat bergerak semakin dekat ke objek masif tersebut, ia harus kehilangan momentum sudut di sepanjang perjalanannya. Akibatnya, momentum sudut harus dipindahkan dari dalam piringan akresi ke tepi luarnya. Namun bagaimana tepatnya hal ini terjadi masih menjadi misteri. Salah satu kemungkinannya adalah gesekan antara bagian dalam dan luar piringan yang berputar memindahkan momentum sudut ke arah luar – namun viskositas cakram tampaknya terlalu rendah untuk terjadinya hal ini.
Aliran geser turbulen
Penjelasan yang lebih masuk akal adalah bahwa perpindahan momentum sudut ditingkatkan oleh aliran geser turbulen pada piringan. Namun, meskipun telah dilakukan penelitian selama puluhan tahun dengan menggunakan gambar teleskop dan simulasi komputer, mekanisme yang menyebabkan turbulensi ini masih belum jelas.
Hal ini menginspirasi ahli astrofisika untuk melakukan percobaan di laboratorium yang analog dengan cakram akresi. Dalam percobaan yang khas, cairan terkandung dalam ruang antara dua silinder yang berputar secara independen. Alih-alih gravitasi, cairan digerakkan melalui gesekan kental dengan dua silinder. Dengan menyesuaikan kecepatan putaran silinder, peneliti dapat menciptakan kembali gerakan radial yang diamati pada piringan akresi nyata – memberikan beberapa wawasan tentang bagaimana momentum sudut dipindahkan ke luar.
Namun, pengaturan ini masih jauh dari analog ideal cakram akresi astrofisika. Gerakan zat cair tidak hanya didorong oleh gaya yang tidak seperti gravitasi, tetapi zat cair juga harus ditampung secara vertikal oleh tutup atas dan bawah. Melalui gesekan viskos, batas-batas ini menimbulkan aliran sekunder ke fluida, yang tidak memiliki pasangan dalam piringan akresi nyata.
Aliran sekunder terbatas
Dalam studi mereka, tim Vernet menciptakan eksperimen baru di mana logam cair digerakkan oleh medan listrik radial. Medan ini dihasilkan dengan mengalirkan arus antara elektroda luar berbentuk cincin dan silinder pusat. Meskipun fluida masih tertutup secara vertikal, luas aliran sekunder dibatasi oleh medan magnet vertikal, yang dihasilkan oleh kumparan yang ditempatkan di atas dan di bawah piringan.
Akresi, bukan spageti yang bertabrakan, berkobar saat bintang dilahap oleh lubang hitam
Dalam percobaannya, para peneliti mampu mengontrol kecepatan rotasi cairan dan tingkat turbulensinya. Dengan menyelidiki cairan dengan sensor, mereka menemukan bahwa momentum sudut memang didorong keluar oleh aliran turbulen di dalam sebagian besar piringan. Terlebih lagi, hal ini terjadi pada nilai viskositas molekul yang sangat rendah. Hal ini sangat mirip dengan pengamatan pada cakram akresi nyata, di mana material kehilangan momentum sudutnya dan jatuh ke dalam – meskipun viskositas gas dan debu jelas berkurang.
Aliran sekunder masih ada dalam percobaan, yang berarti tim tidak dapat sepenuhnya mensimulasikan aliran turbulen di cakram akresi. Namun, dengan perbaikan lebih lanjut, para peneliti berharap bahwa piringan logam cair yang tersuspensi dapat segera memungkinkan para astronom memperkirakan tingkat turbulensi yang terkait dengan piringan akresi yang mereka amati.
Penelitian tersebut dijelaskan dalam Physical Review Letters.
