Magnetohidrodinamik
Relativistik: Deskripsi Cakram Akresi
Telah beribu-ribu orang melihat ke langit dan
terkungkung olehnya. Lama sekali umat manusia melihat langit dengan penuh
kekaguman dan kadang-kadang ketakutan. Tetapi kemudian, dari desakan kebutuhan,
timbul pengertian dan mereka mengenali langit serta permukaannya seperti
tanda-tanda dewata yang khusus dibuat untuk manusia di bumi kecil ini. Di abad
sekarang ini, seiring dengan berkembangnya ilmu pengetahuan dan teknologi, kita
dapat melihat langit dan seisinya (kosmos) dari sudut yang jauh berbeda.
Astronomi
dan fisika (astrofisika) dan juga ilmu antariksa adalah gabungan, fakta, antara
pengetahuan mengenai benda serba lembut dan serba besar. Dalam melihat kosmos
mikro, ditinjau sifat dan kelakuan inti, atom, molekul, benda serba padat,
planet dan hubungan fungsional antara unit tersebut. Tetapi dalam melihat
kosmos makro, astrofisikawan melihat bintang-bintang dan unit-unit lain dalam
hierarki yang membesar. Bintang-bintang bergabung dalam gugus, dalam suatu
asosiasi. Tetapi ini semua adalah bagian kecil dari suatu organisasi yang lebih
besar, galaksi. Ribuan galaksi, 200 milyar banyaknya, menggabungkan diri dalam
kelompok gugus galaksi. Jumlah bintang dalam tiap galaksi sungguhlah banyak dan
sudah merupakan organisasi yang pelik. Galaksi kita (Milky way) memuat 2000
milyar bintang. Satu di antaranya adalah matahari kita. Dan ada berapa milyar
“dunia” lain lagi ada di sekitar kita ini? adakah hukum yang menguasai semua
itu, yang mengatur gerakannya, yang mengatur pembangkitan dan kesetimbangan
energinya? itulah sedikit dari daftar pertanyaan tentang alam semesta
makrokosmos.
Sains
fiksi sudah pelik, tetapi alam sebenarnya jauh lebih pelik tetapi indah.
Penjelajahan alam itu selain merupakan petualangan atau pengembaraan alam
pikiran manusia yang adi dan terhormat, juga membutuhkan keberanian dan
imajinasi untuk menerangkan fenomena aneh di jagad raya, seperti: katai putih
dan raksasa merah, ada quasar, pulsar. Jagad yang diperkirakan adem ayem,
ternyata merupakan jagad yang eksplosif. Dua macam jagad hidup berkoeksistensi.
Jagad yang panas dengan temperatur 1.000 milyar derajat berdampingan dengan
jagad yang dingin, bintang-bintang seperti matahari kita (dengan suhu permukaan
6000 K ), materi antarbintang (dengan temperatur hampir mendekati nol derajat
absolut) dan bumi tempat kita kita hidup. Apa yang diinginkan adalah mencari
satu model untuk menerangkan peristiwa di atas.
Fisika
adalah ilmu yang berupaya menelaah (didasari oleh aspek eksperimen/empiris
dengan penalaran logika) gejala alam mulai dari skala mikro (partikel
elementer) hingga skala makro (jagad raya), serta mulai kelajuan rendah hingga
maksimum. Sebagai suatu sains dasar yang berwawasan semesta, fisika mempunyai
visi dan tujuan membongkar dan mendokumentasikan rahasia alam yang berkaitan
dengan energi dalam berbagai ragam wujudnya: dalam bentuk terpendam sebagai
materi yang tampil berupa massa, dalam bentuk kinetik seperti ditemukan pada
cahaya, dan semua jenis radiasi elektromagnet serta bentuk energi termal yang
kesemuanya terkait dengan momentum linear, dan sebagai energi interaksi yang
terjalin antara penyusun-penyusun materi (interaksi dua benda (body), tiga
benda dan banyak benda) yang menjaga keutuhan dan stabilitas benda-benda
penyusunnya. Hasil-hasil eksplorasi melahirkan: kaedah-kaedah, hukum-hukum dan
asas-asas fisika sebagai penggambaran dan penegasan kekuasaan Tuhan yang penuh
sinergi guna mengatur seluruh ciptaannya dalam alam semesta (Muslim,2007).
Dalam skala jagad raya, mulai dari jarak 107 parsec, seluruh materi dapat dianggap sebagai
fluida yang kontinyu, homogen dan isotrop. Karena dianggap sebagai fluida, maka
persamaan yang berlaku tunduk pada mekanika fluida. Sistem-sistem dalam
astrofisika memiliki jangkauan dinamik dengan variasi sangat besar sekali.
Sebagai misal, menurut sifat rapat massanya, materi antargalaksi memiliki rapat
massa 10-28g cm-3, bintang
seperti matahari rapat massanya 1g cm-3, dan bintang
netron 1014g cm-3. Dalam variasi
yang sama muncul parameter lain yang cukup kompleks, serta kemudian
disederhanakan dalam bentuk suatu persamaan keadaan. Secara umum, persamaan
keadaan tersebut akan menentukan tekanan yang dinyatakan dalam parameter fisis
lainnya, seperti kerapatan dan suhu. Dengan mengetahui tekanannya, berarti pula
kita dapat menentukan kesetimbangan gaya, gerak, dan dinamika sistem
tersebut. Tentu saja, semakin kompleks sistem yang ditinjau, semakin
sulit untuk memodelkannya. Sebagai contoh, sistem dengan jumlah partikel yang
sangat besar, yakni galaksi yang tersusun atas milyaran bintang, tidak mudah
untuk mendapatkan persamaan sistemnya. Suatu kondisi lain jika kita mampu
mendefinisikan tekanan dan distribusi partikel dinyatakan sebagai fungsi fungsi
tenaga ataupun suhu, dapat ditentukan keadaan pula apakah sistem yang ditinjau
relativistik atau nonrelativiatik, merosot atau takmerosot (Padmanabhan,2006).
Persamaan keadaan sistem dapat diterapkan untuk
berbagai kondisi medan gravitasi, sebagai contoh ....... dan ....... (self gravitasi), jika persamaan keadaan sistem barotropik,
penyelesaiannya langsung bisa diitegralkan. Namun jika keadaan sistem
politropik, secara aljabar penyelesaian diperoleh dengan menyelesaikan
persamaan diferensial “Lane-Emde” dengan syarat batas tertentu (Padmanabhan,
2006).
Untuk
meninjau keadaan sistem astrofisika, tidak cukup dengan model fluida statik.
Gerak fluida (fluida dinamik) cukup menarik. Subyek fluida dinamik selalu
terkait dengan pengertian gerakan fluida (pada lingkup tinjauan tertentu) yang
memenuhi persamaan kontinyuitas dan persamaan Euler, serta persamaan
hidrodinamik lain pada keadaan tertentu. Macam gerakan fluida dapat berupa
supersonik, atau turbulen, atau tidak ada gerakan sama sekali (terdapat
kesetimbangan gaya gravitasi dan gradien tekanan). Jarang ditemui dalam
astrofisika bentuk gerakan fluida yang sederhana, berpola (tractable), contoh
akresi, ledakan bintang, angin bintang, angin galaksi, dan lain-lain.
Akresi memainkan peran penting dalam beberapa
tinjauan dalam masalah astrofisika. Akresi merupakan gerakan jatuhnya materi di
sekitar cakram akresi menuju titik tertentu yakni pusat cakram (lubang hitam).
Cakram akresi adalah kumpulan materi/benda-benda yang membentuk suatu bidang
cakram, dan materi tersebut bergerak menuju pusat akresi. Para teoriwan telah
melakukan banyak penelitian untuk memodelkan fenomena cakram akresi. Teori
klasik akresi pada keadaan isotermal (Bondi teori). Secara komprehensiv Clarke
& Carswell (2007) telah membahas cakram akresi untuk aliran tunak,
memperhitungkan viskositas untuk cakram tipis. Aliran sferis tunak relativistik
untuk gas sempurna pertama kali diteliti oleh Michel (1972), kemudian
dilanjutkan oleh Begelman (1978), Brinkmann (1980), Das dan Sarkar (2001).
Tinjauan terkini oleh Peirani (2008), merevisi akresi relativistik sebelumnya,
yakni meneliti tentang akresi benda gelap serta peranannya dalam menyumbangkan
pertumbuhan halo lubang hitam. Benih lubang hitam berukuran menengah (pada
sistem dengan massa 103-104 massa matahari) terbentuk oleh awan gas
primordial yang kolaps/runtuh (Koushiappas, Bullock, dan Dekel, 2004) atau
keruntuhan inti pada gugus bintang relativistik yang menyebabkan ledakan
bintang, dan diprediksi terjadi pula pada awal terbentuknya suatu galaksi
(Shapiro, 2004). Di samping terbentuk benih lubang, bintang massif ini
menghasilkan sumber sinar ultra ungu. Hal ini berarti terjadi reionisasi pada
jagad raya. Fungsi kecerlangan bolometrik kuasar pada pergeseran merah yang
berbeda mengindikasikan bahwa untuk keadaan awal, massa yang terakresi ke inti
lubang hitam haruslah materi baryonik (Hopkins, Richards, Hernquist, 2007).
Magnetohidrodinamik merupakan bentuk kompleks
fluida dinamik, yang mana fluida terdiri atas partikel-partikel bermuatan.
Clarke dan Carsswell (2007) membahas prinsip-prinsip perilaku sistem
magnetohidrodinamik yang dipengaruhi oleh medan elektromagnet (plasma) Berdasarkan
pengamatan penulis selama ini, bahwa diperlukan pula pendekatan model proses
akresi untuk skenario partikel (bintang-bintang) di sekitar galaksi (SMBHs).
Untuk mewadahi sistem tersebut, diperlukan perluasan magnetohidrodinamik relativistik untuk
astrofisika.
By Yunus Adiantor
(Tentor
OSN Astronomi Fakfak)
Posted in Astrophysics, Fluida, Astrophysics, Bintang, Dinamik, Fluida, magneto hidrodinamik,
Matahari, Mathematics, Physics, Planet, Science
Postingan
0 komentar:
Posting Komentar