Ilmuwan mengungkap mekanisme energi tersembunyi di lubang hitam M87
Astrophysicist di Universitas Goethe Frankfurt telah mensimulasikan bagaimana lubang hitam supermasif M87* memberi daya pada jet partikel masifnya menggunakan kode numerik baru. Temuan mereka mengungkap bahwa rekoneksi magnetik, bersama dengan mekanisme Blandford-Znajek tradisional, mengekstrak energi rotasi dari lubang hitam. Penemuan ini menjelaskan jet-jet besar yang memengaruhi evolusi galaksi.
Lubang hitam supermasif M87*, yang terletak di pusat galaksi M87, memiliki massa enam setengah miliar massa matahari dan berputar cepat pada sumbunya. Ia memberi daya pada jet partikel yang dikeluarkan hampir pada kecepatan cahaya, memanjang 5.000 tahun cahaya. Jet seperti itu menyebarkan energi dan materi di seluruh alam semesta dan membentuk galaksi.
Tim yang dipimpin oleh Prof. Luciano Rezzolla di Universitas Goethe Frankfurt mengembangkan kode partikel-dalam-sel Frankfurt untuk ruang-waktu lubang hitam (FPIC). Kode ini mensimulasikan konversi energi rotasi menjadi jet partikel dengan presisi tinggi. Simulasi menunjukkan bahwa, selain mekanisme Blandford-Znajek—yang mengekstrak energi melalui medan magnetik kuat—rekoneksi magnetik memainkan peran kunci. Dalam proses ini, garis medan magnetik putus dan menyusun ulang, mengonversi energi magnetik menjadi panas, radiasi, dan letusan plasma.
Kode FPIC memodelkan evolusi partikel bermuatan dan medan elektromagnetik di bawah gravitasi lubang hitam, menyelesaikan persamaan Maxwell dan persamaan gerak untuk elektron dan positron sesuai relativitas umum Einstein. Perhitungan ini memerlukan jutaan jam CPU pada superkomputer "Goethe" di Frankfurt dan "Hawk" di Stuttgart.
Di bidang ekuator lubang hitam, simulasi mengungkap aktivitas rekoneksi intens yang membentuk rantai plasmoid—gelembung plasma energik—bergerak hampir pada kecepatan cahaya. Ini menghasilkan partikel dengan energi negatif, memberi daya pada jet dan letusan.
Dr. Claudio Meringolo, pengembang utama kode tersebut, menyatakan: "Mensimulasikan proses seperti ini sangat penting untuk memahami dinamika kompleks plasma relativistik di ruang-waktu melengkung dekat objek kompak, yang diatur oleh interaksi medan gravitasi dan magnetik ekstrem."
Dr. Filippo Camilloni menambahkan: "Hasil kami membuka kemungkinan menarik bahwa mekanisme Blandford-Znajek bukan satu-satunya proses astrofisika yang mampu mengekstrak energi rotasi dari lubang hitam, tetapi rekoneksi magnetik juga berkontribusi."
Prof. Rezzolla menjelaskan: "Dengan pekerjaan kami, kami dapat menunjukkan bagaimana energi diekstrak secara efisien dari lubang hitam berputar dan dialirkan ke jet. Ini memungkinkan kami untuk membantu menjelaskan luminositas ekstrem nuklei galaksi aktif serta percepatan partikel hingga hampir kecepatan cahaya."
Penelitian ini dibangun di atas pengamatan historis: Pada tahun 1781, Charles Messier menggambarkan M87 sebagai "nebula tanpa bintang", dan jet-nya ditemukan pada tahun 1918. Temuan ini diterbitkan di The Astrophysical Journal Letters (2025; 992 (1): L8).