Kính thiên văn Event Horizon, một mảng gồm 8 kính viễn vọng vô tuyến trên mặt đất được rèn qua sự hợp tác quốc tế, đã chụp được hình ảnh này về lỗ đen siêu lớn ở trung tâm thiên hà M87 và bóng của nó.
(Ảnh: © Cộng tác EHT)
Lỗ đen cuối cùng đã được kéo ra khỏi bóng tối.
Lần đầu tiên, loài người đã chụp ảnh một trong những con thú vũ trụ khó nắm bắt này, chiếu ánh sáng vào một cõi không gian thời gian kỳ lạ đã vượt xa ken của chúng ta.
"Chúng tôi đã thấy những gì chúng tôi nghĩ là không thể nhận ra", Sheperd Doeleman, thuộc Đại học Harvard và Trung tâm Vật lý thiên văn Harvard-Smithsonian, cho biết hôm nay (10 tháng 4) trong một cuộc họp báo tại Câu lạc bộ Báo chí Quốc gia ở Washington, D.C.
Doeleman chỉ đạo dự án Kính thiên văn chân trời sự kiện (EHT), đã thu được hình ảnh sử thi. Bốn bức ảnh này, được công bố hôm nay tại các sự kiện báo chí trên khắp thế giới và trong một loạt các bài báo được công bố, phác thảo các đường viền của lỗ đen quái vật ẩn nấp ở trung tâm của thiên hà hình elip M87.
Các hình ảnh là đủ tâm trí theo đúng nghĩa của nó. Nhưng điều quan trọng hơn nữa là dấu vết mà kết quả mới có thể sẽ bùng cháy, các nhà nghiên cứu cho biết.
"Thực sự có một lĩnh vực mới để khám phá", Peter Galison, giáo sư vật lý và lịch sử khoa học tại Harvard, cho biết trong một cuộc nói chuyện EHT vào tháng trước tại lễ hội South by Southwest (SXSW) ở Austin, Texas. "Và đó cuối cùng là những gì rất thú vị về điều này."
Galison, người đồng sáng lập Sáng kiến Lỗ đen liên ngành (BHI) của Harvard, đã so sánh tác động tiềm năng của hình ảnh với tác phẩm của nhà khoa học người Anh Robert Hooke trong những năm 1600. Những hình minh họa này cho mọi người thấy côn trùng và thực vật trông như thế nào qua kính hiển vi.
"Nó đã mở ra một thế giới", Galison nói về công việc của Hooke.
Một kính thiên văn kích thước của Trái đất
EHT là một tập đoàn gồm hơn 200 nhà khoa học đã hoạt động được khoảng hai thập kỷ. Đó là một nỗ lực quốc tế thực sự; tài trợ trong những năm qua đã đến từ Quỹ khoa học quốc gia Hoa Kỳ và nhiều tổ chức khác ở các nước trên thế giới.
Dự án lấy tên từ điểm không trở lại nổi tiếng của lỗ đen - ranh giới mà không có gì, thậm chí không ánh sáng, có thể thoát khỏi nanh vuốt hấp dẫn của vật thể.
"Chân trời sự kiện là bức tường nhà tù cuối cùng", giám đốc sáng lập BHI Avi Loeb, chủ tịch bộ phận thiên văn học của Harvard, nói với Space.com. (Loeb không phải là một phần của nhóm EHT.) "Một khi bạn vào, bạn không bao giờ có thể thoát ra được."
Do đó, không thể chụp ảnh bên trong lỗ đen, trừ khi bạn bằng cách nào đó tự mình vào được đó. (Tất nhiên, bạn và hình ảnh của bạn không thể quay trở lại thế giới bên ngoài.)
Vì vậy, EHT hình ảnh chân trời sự kiện, vạch ra hình bóng đen tối của lỗ đen. (Đĩa khí chuyển động nhanh xoay quanh và vào các lỗ đen phát ra rất nhiều bức xạ, vì vậy những hình bóng như vậy nổi bật.)
"Chúng tôi đang tìm kiếm sự mất đi các photon", Dan Marrone, thành viên hội đồng khoa học EHT, phó giáo sư thiên văn học tại Đại học Arizona, nói với Space.com.
Dự án đã nghiên cứu kỹ lưỡng hai lỗ đen - khổng lồ M87, nơi chứa khoảng 6,5 tỷ lần khối lượng mặt trời của Trái đất và lỗ đen trung tâm của thiên hà Milky Way của chúng ta, được gọi là Sagittarius A *. Vật thể thứ hai này, trong khi vẫn là một lỗ đen siêu lớn, là một sự hỗn loạn so với quái thú của M87, chỉ chứa 4,3 triệu khối lượng mặt trời.
Cả hai vật thể này đều là những mục tiêu khó khăn vì khoảng cách rất xa với Trái đất. Nhân Mã A * nằm cách chúng ta khoảng 26.000 năm ánh sáng và lỗ đen của M87 là một con số khổng lồ cách xa 53,5 triệu năm ánh sáng.
Từ góc nhìn của chúng tôi, chân trời sự kiện của Nhân Mã A * "nhỏ đến mức tương đương với việc nhìn thấy một quả cam trên mặt trăng hoặc có thể đọc báo ở Los Angeles khi bạn đang ngồi ở thành phố New York", Doeleman nói trong sự kiện SXSW tháng trước.
Không có kính viễn vọng đơn lẻ nào trên Trái đất có thể thực hiện quan sát đó, vì vậy Doeleman và phần còn lại của nhóm EHT phải sáng tạo. Các nhà nghiên cứu đã liên kết các kính viễn vọng vô tuyến ở Arizona, Tây Ban Nha, Mexico, Nam Cực và các nơi khác trên thế giới, tạo thành một thiết bị ảo có kích thước tương đương Trái đất.
Quá nhiều dữ liệu
Nhóm EHT đã sử dụng megascope này để nghiên cứu hai lỗ đen siêu lớn trong hai tuần kéo dài cho đến nay - một lần vào tháng 4 năm 2017 và một lần nữa vào năm sau. Hình ảnh mới xuất phát từ lần chạy quan sát đầu tiên.
Có nhiều lý do tại sao phải mất hai năm để kết quả đầu tiên của dự án được đưa ra. Đối với một điều, mỗi đêm quan sát tạo ra khoảng 1 petabyte dữ liệu, dẫn đến việc một nhóm phải chuyển thông tin từ nơi này sang nơi khác theo cách cũ.
"Không có cách nào chúng ta có thể chuyển dữ liệu này qua internet", nhà khoa học dự án EHT Dimitrios Psaltis, giáo sư thiên văn học tại Đại học Arizona, cho biết tại sự kiện SXSW. "Vì vậy, những gì chúng tôi thực sự làm là, chúng tôi lấy ổ cứng của chúng tôi và chúng tôi chuyển chúng từ nơi này sang nơi khác. Nó nhanh hơn nhiều so với bất kỳ cáp nào bạn có thể tìm thấy."
Điều này làm chậm và phức tạp phân tích, tất nhiên. Ví dụ, dữ liệu từ phạm vi EHT gần Nam Cực, không thể rời khỏi Nam Cực cho đến tháng 12 năm 2017, khi nó đủ ấm để các máy bay ra vào, Marrone nói.
Tương quan và hiệu chỉnh dữ liệu cũng khó khăn, ông nói thêm. Và nhóm đã rất cẩn thận với công việc này, do tính chất quan trọng của việc tìm kiếm.
"Nếu bạn sẽ đi kèm với một tuyên bố lớn về việc chụp ảnh lỗ đen, bạn phải có bằng chứng lớn, bằng chứng rất mạnh mẽ", Doeleman nói tại sự kiện SXSW (từng là người giải thích về nỗ lực EHT nhưng không công bố bất kỳ kết quả nào).
"Và trong dự án của chúng tôi, chúng tôi thường nghĩ rằng những người như [Albert] Einstein, [Arthur] Eddington [và Karl] Schwarzschild là những người nhìn qua vai chúng tôi", ông nói thêm, đề cập đến các nhà vật lý giúp tiên phong hiểu biết về lỗ đen của chúng tôi. "Và khi bạn có loại ánh sáng hầu như kiểm tra công việc của bạn, bạn thực sự muốn làm cho đúng."
Nó có nghĩa là gì
Dự án EHT có hai mục tiêu chính, Psaltis cho biết: lần đầu tiên hình ảnh một chân trời sự kiện và để giúp xác định xem lý thuyết tương đối rộng của Einstein có cần sửa đổi gì không.
Trước khi Einstein xuất hiện, lực hấp dẫn thường được coi là một lực bí ẩn ở khoảng cách xa. Nhưng thuyết tương đối rộng mô tả nó như sự cong vênh của không-thời gian: Các vật thể lớn như các hành tinh, ngôi sao và lỗ đen tạo ra một loại võng trong không gian, giống như một quả bóng bowling nếu được đặt trên tấm bạt lò xo. Các vật thể gần đó đi theo đường cong này và được đưa về phía khối trung tâm.
Thuyết tương đối rộng đã duy trì cực kỳ tốt trong suốt thế kỷ kể từ khi được giới thiệu, vượt qua mọi thử nghiệm mà các nhà khoa học đã ném vào nó. Nhưng các quan sát của EHT cung cấp một thử nghiệm khác, trong một lĩnh vực cực đoan nơi các dự đoán có thể không phù hợp với thực tế. Đó là bởi vì các nhà thiên văn học có thể tính toán kích thước và hình dạng dự kiến của một chân trời sự kiện bằng cách sử dụng thuyết tương đối rộng, Psaltis giải thích.
Nếu hình bóng quan sát khớp với các mô phỏng thông tin lý thuyết, "thì Einstein đã đúng 100%", Psaltis nói. "Nếu câu trả lời là không, thì chúng ta phải điều chỉnh lý thuyết của mình để khiến nó hoạt động với các thí nghiệm. Đây là cách khoa học diễn ra."
Và chúng tôi đã học được rằng không cần chỉnh sửa, ít nhất là tại thời điểm này: các quan sát M87 của EHT phù hợp với thuyết tương đối rộng, các thành viên trong nhóm cho biết. Cụ thể, chân trời sự kiện gần như hình tròn và là kích thước "đúng" cho một lỗ đen của khối lượng lớn đó.
"Tôi phải thừa nhận, tôi đã hơi choáng váng vì nó rất khớp với những dự đoán mà chúng tôi đã đưa ra", thành viên nhóm EHT Avery Broderick, thuộc Đại học Waterloo và Viện Vật lý lý thuyết Perimet ở Canada, cho biết trong cuộc họp báo hôm nay .
Tất nhiên, việc kiểm tra mặt đất là rất quan trọng đối với quá trình khoa học. Thật vậy, việc cung cấp thông tin tốt hơn để đưa vào các lý thuyết và mô phỏng có thể sẽ là một trong những đóng góp lớn nhất của EHT, Loeb nói.
"Làm vật lý là một cuộc đối thoại với thiên nhiên", ông nói. "Chúng tôi kiểm tra ý tưởng của mình bằng cách so sánh chúng với các thử nghiệm; dữ liệu thử nghiệm là rất quan trọng."
Các kết quả mới cũng sẽ giúp các nhà khoa học xử lý tốt hơn các lỗ đen, ông và các nhà nghiên cứu khác cho biết. Ví dụ, hình ảnh EHT có thể sẽ chiếu ánh sáng đáng kể vào cách khí xoắn xuống thành hố đen. Quá trình bồi tụ này, có thể dẫn đến việc tạo ra các tia phóng xạ mạnh, chưa được hiểu rõ, Loeb nói.
Ngoài ra, hình dạng của một chân trời sự kiện có thể tiết lộ liệu một lỗ đen có quay hay không, Fiona Harrison thuộc Viện Công nghệ California, nhà nghiên cứu chính của nghiên cứu về lỗ đen của NASA cho biết Mảng kính thiên văn quang phổ hạt nhân (NuSTAR) nhiệm vụ.
"Chúng tôi đã phỏng đoán sự quay vòng của các lỗ đen một cách gián tiếp", Harrison, người không thuộc nhóm EHT, nói với Space.com. Hình ảnh EHT cung cấp "một thử nghiệm trực tiếp, rất thú vị", cô nói thêm.
Dữ liệu của EHT tiết lộ lỗ đen M87 đang quay theo chiều kim đồng hồ, các thành viên nhóm cho biết hôm nay.
Dự án cũng cho thấy vật chất được phân phối xung quanh lỗ đen như thế nào và các quan sát EHT cuối cùng có thể dạy cho các nhà thiên văn học rất nhiều về cách các lỗ đen siêu lớn hình thành sự tiến hóa của các thiên hà chủ của chúng qua quy mô thời gian dài, Harrison nói.
Kết quả của EHT cũng phù hợp với kết quả của Laser quan sát giao thoa kế sóng hấp dẫn (LIGO), đã phát hiện ra những gợn sóng trong không gian được tạo ra bởi các vụ sáp nhập liên quan đến các lỗ đen chỉ lớn hơn vài chục lần so với mặt trời.
"Mặc dù khác nhau về hệ số tỷ tỷ khối lượng, các lỗ đen được biết đến đều phù hợp với một mô tả duy nhất", Broderick nói hôm nay. "Lỗ đen lớn và nhỏ tương tự nhau theo những cách quan trọng. Những gì chúng ta học được từ một [loại] nhất thiết phải áp dụng cho loại kia."
Và trong trường hợp bạn đang tự hỏi về Nhân Mã A *: Nhóm EHT hy vọng sẽ sớm có được hình ảnh về lỗ đen siêu lớn đó, Doeleman nói hôm nay. Các nhà nghiên cứu đã xem xét M87 trước, và nó dễ giải quyết hơn một chút so với Nhân Mã A * vì nó ít thay đổi hơn trong khoảng thời gian ngắn, ông giải thích.
Một viễn cảnh mới?
Sau đó, có sức hấp dẫn rộng hơn của hình ảnh mới được phát hành - cách nó nói với những người trong chúng ta không phải là nhà vật lý thiên văn.
Những đóng góp trong lĩnh vực này có thể là đáng kể, các thành viên nhóm EHT và các nhà khoa học bên ngoài cho biết. Những bức ảnh có thể thay đổi cách chúng ta suy nghĩ về bản thân và vị trí của chúng ta trong vũ trụ, Marrone lưu ý, trích dẫn bức ảnh "Trái đất" nổi tiếng được chụp bởi phi hành gia Apollo 8 Bill Anders vào tháng 12 năm 1968. Hình ảnh này đã cho quần chúng nhìn thoáng qua hành tinh của chúng ta như nó thực sự là - một tiền đồn cô đơn của cuộc sống trong một biển tối vô tận - được ghi nhận rộng rãi với việc giúp thúc đẩy phong trào môi trường.
Dù sao, nhìn thấy một lỗ đen ngoài đời thực - hoặc hình bóng của nó - "là thứ của khoa học viễn tưởng", Harrison nói. Và chúng tôi chỉ thấy vài bức ảnh đầu tiên của dự án, cô nói thêm: "Họ sẽ trở nên tốt hơn."
- Các nhà thiên văn học nhìn vào hố đen lần đầu tiên với Kính viễn vọng chân trời sự kiện
- Lỗ đen khổng lồ này đang quay với tốc độ bằng một nửa tốc độ ánh sáng!
- 8 bí ẩn thiên văn học
Cuốn sách của Mike Wall về tìm kiếm sự sống ngoài hành tinh, "Ngoài đó"(Grand Central Publishing, 2018; minh họa bởi Karl Tate), là ra ngay bây giờ. Theo dõi anh ấy trên Twitter @michaeldwall. theo dõi chúng tối trên Twitter @Spacesotcom hoặc là Facebook.
