Các nhà thiên văn học đã ghép các kính viễn vọng đĩa vô tuyến trên khắp thế giới vào một máy ảnh ảo cỡ Trái đất để thử nghiệm mới táo bạo nhằm đưa ra hình ảnh đầu tiên về lỗ đen. Sự hợp tác của kính thiên văn được đặt thành công bố kết quả lớn trong tuần nàyvà các thành viên cũng mô tả phương pháp nghiên cứu của họ tại một cuộc nói chuyện vào tháng 3.
Lỗ đen là những vệt cực lớn trong không gian rất mạnh, lực hấp dẫn khổng lồ của chúng thậm chí không cho phép ánh sáng thoát ra một khi nó đủ gần.
Ý tưởng của các nhà thiên văn học là chụp ảnh hình bóng mờ đục của một lỗ đen đúc trên một nền tảng tươi sáng. Cạnh của bóng tối là chân trời sự kiện, điểm không thể quay lại của lỗ đen. Một bức tranh đáng giá cả ngàn lời nói, và một bức ảnh về lỗ đen sẽ là một công cụ quan trọng để hiểu về vật lý thiên văn, vũ trụ học và vai trò của các lỗ đen trong vũ trụ.
Nếu một phi hành gia đặt một quả cam trên bề mặt mặt trăng, quả có múi sẽ rất khó nhìn từ Trái đất. Các lỗ đen cũng khó phát hiện ra, theo ông Sheperd Doeleman, giám đốc dự án của một dự án mới đầy tham vọng có tên là Kính viễn vọng Chân trời Sự kiện.
Doeleman đã chia sẻ giai thoại này với khán giả tại một hội thảo tại lễ hội South by Southwest (SXSW) ở Austin, Texas, vào tháng trước. Doeleman và các cộng tác viên Sera Markoff, Peter Galison và Dimitrios Psaltis đã chiếu sáng cách thức hoạt động của dự án trong sự kiện SXSW, "EHT: Nỗ lực hành tinh để chụp ảnh hố đen."
Lỗ đen là những cấu trúc đồ sộ khi so sánh với các hành tinh và con người. Nhưng những gì có vẻ lớn đối với chúng ta, là ở quy mô thiên hà, nhỏ xíu. Vì vậy, chụp ảnh chân trời sự kiện của lỗ đen phức tạp.
"Một trong những mục tiêu EHT chiếm khoảng 10% kích thước hệ mặt trời của chúng tôi", Sera Markoff, nhà vật lý thiên văn đến từ Đại học Amsterdam, cho biết trong hội thảo. Lỗ đen siêu lớn ở trung tâm dải Ngân hà, được gọi là Nhân Mã A *, có kích thước bằng quỹ đạo của Sao Thủy, Doeleman nói thêm.
Nếu một tàu vũ trụ có thể kéo các nhà thiên văn học ra khỏi Dải Ngân hà, lớn hơn Nhân Mã A * khoảng 50 tỷ lần, theo Markoff, thì việc phát hiện ra lỗ đen này trong số hàng tỷ ngôi sao và hành tinh khác trong thiên hà sẽ khá khó khăn.
Để quan sát lỗ đen siêu lớn ở trung tâm thiên hà Milky Way, hoặc để xem một mục tiêu khác của dự án - lỗ đen siêu lớn ở lõi của thiên hà hình elip siêu sáng Messier 87 - nhóm EHT phải biến Trái đất thành kính viễn vọng ảo nền tảng. Đó là bởi vì sức mạnh của kính viễn vọng để phân giải hình ảnh bị giới hạn ở kích thước của món ăn và bằng cách sử dụng một loạt các dụng cụ trên khắp thế giới, nhóm nghiên cứu đã phá vỡ món ăn một cách hiệu quả và phân tán các mảnh trên toàn cầu để tạo ra một con mắt không gian lớn.
Các đài quan sát của kính viễn vọng vô tuyến liên quan đến các quan sát năm 2017 của EHT là ALMA (Atacama Large Millimét / Subillim Array ở Chile; APEX (Thí nghiệm tìm đường Atacama) ở Chile; IRAM 30m (Acadut de RadioAstronomie Millimétrique) ở Tây Ban Nha; SMT (Kính thiên văn Submillimet) ở Arizona; JCMT (Kính thiên văn James Clerk Maxwell) ở Hawaii; SMA (SubMillim Array) ở Hawaii và SPT (Kính viễn vọng Nam Cực) ở Nam Cực.
Các quan sát phối hợp cũng được thực hiện trong các dải tia X và tia gamma.
Sagittarius A * không hoạt động, điều đó có nghĩa là nó không chủ động tiêu thụ nhiều ngôi sao và khí gần đó, giải phóng bức xạ. Một lỗ đen hoạt động ẩn nấp bên trong Messier 87. Để xem lỗ đen siêu lớn của khu phố và một lỗ xa hơn, các kính viễn vọng cần phải quan sát "toàn bộ dải phổ điện từ, từ radio đến tia gamma", Markoff nói.
Einstein có đúng 100% không?
Theo cốt lõi của dự án, 200 nhà khoa học của nó muốn trả lời hai câu hỏi, theo Psaltis, nhà thiên văn học và nhà vật lý học tại Đại học Arizona. Đầu tiên chỉ đơn giản là nếu chụp ảnh lỗ đen là có thể. Nhưng điều quan trọng thứ hai họ hỏi là liệu Einstein có đúng 100% về cách các lỗ đen hành xử hay không.
"Einstein đã nói với chúng tôi 100 năm trước chính xác kích thước và hình dạng của cái bóng [lỗ đen] đó là gì. Nếu chúng ta có thể đặt một cây thước ngang qua cái bóng đó, chúng ta sẽ có thể kiểm tra lý thuyết về ranh giới của lỗ đen của Einstein," Doeleman nói.
Nhóm nghiên cứu cũng muốn xây dựng các mô hình mô tả các lỗ đen trong nhiều trường hợp khác nhau, sau đó sẽ được so sánh với các quan sát EHT.
Trong công việc được mô tả tại SXSW, nhóm đã sử dụng các đơn vị xử lý đồ họa (GPU), giống như các đơn vị được sử dụng trong máy chơi trò chơi video yêu thích của bạn hoặc máy tính của bạn, để mô hình hóa tất cả các loại giả thuyết về môi trường lỗ đen. Họ đã tạo ra hàng trăm gigabyte dữ liệu âm lượng 3D để mô hình hóa các khả năng. Psaltis cho biết các photon, plasma, khí và từ trường đều được mô tả trong dự báo của lỗ đen.
Khi họ có được một cái, nhóm có thể so sánh hình ảnh của bóng đen với các kịch bản khác nhau được xử lý bởi các GPU để tạo ra mô phỏng chân thực nhất về cách thức hoạt động của lỗ đen, dựa trên hiểu biết hiện tại của chúng ta về vật lý.
"Những gì hình ảnh lỗ đen có thể làm cho chúng ta, nếu chúng ta có thể có được nó, sẽ là lấy thứ gì đó cực đoan nhất, dự đoán kỳ lạ nhất của thuyết tương đối rộng, một trong những thành tựu to lớn của tâm trí con người, [và] kết hợp nó với các thiết bị điện tử tiên tiến nhất với sự hợp tác quy mô hành tinh với các số liệu thống kê tiên tiến nhất [và] các kỹ thuật hình ảnh mới, "Galison, giáo sư tại Đại học Harvard, cho biết trong hội thảo. "Nó giống như tạo ra một máy ảnh mới với một loại phim mới, một loại ống kính mới, kết hợp nó với các máy ảnh khác, cùng một lúc, và nếu điều đó có thể xảy ra, nếu chúng ta thực sự có thể vào và nhìn gần đến đường chân trời . "
Galison nói thêm rằng hình ảnh đầu tiên về một lỗ đen sẽ chứng minh, vượt ra khỏi một bóng tối của sự nghi ngờ - ý định chơi chữ - rằng những cấu trúc khổng lồ, hùng mạnh và khó nắm bắt này tồn tại.
- Vụ nổ bí ẩn 'Bò' trong không gian có thể tiết lộ sự ra đời của hố đen
- Mô phỏng Trippy này cho thấy quái vật Lỗ đen phát sáng trước khi chúng va chạm
- Hiếm khi thấy ngôi sao đen lỗ trung bình
