Cập nhật vào ngày 11 tháng 4 lúc 4:40 chiều ET.
Hôm qua, Earthlings lần đầu tiên đặt mắt vào một hình ảnh thực tế của một lỗ đen - biến những gì chỉ sống trong trí tưởng tượng tập thể của chúng ta thành hiện thực cụ thể.
Hình ảnh mô tả một vòng tròn có tông màu cam bao quanh bóng tối của một lỗ đen nuốt chửng vật chất cách xa 55 triệu năm ánh sáng ở trung tâm của một thiên hà có tên là Virgo A (Messier 87).
Cái nhìn đầu tiên mờ nhạt này đủ để xác nhận rằng thuyết tương đối của Einstein hoạt động ngay cả ở ranh giới của vực thẳm khổng lồ này - một địa điểm cực đoan mà một số người cho rằng phương trình của ông sẽ bị phá vỡ. Nhưng hình ảnh khó nắm bắt này đặt ra nhiều câu hỏi. Dưới đây là một số câu hỏi của bạn được trả lời.
Lỗ đen là gì?
Lỗ đen là những vật thể cực kỳ dày đặc mà không gì, thậm chí không ánh sáng, có thể thoát ra. Khi chúng ăn vật chất gần đó, chúng tăng kích thước. Các lỗ đen thường hình thành khi một ngôi sao lớn chết đi và tự sụp đổ.
Các hố đen siêu lớn, có khối lượng lớn gấp hàng triệu hoặc hàng tỷ lần so với mặt trời, được cho là nằm ở trung tâm của hầu hết mọi thiên hà, bao gồm cả chính chúng ta. Của chúng ta được gọi là Nhân Mã A *.
Tại sao chúng ta chưa từng thấy hình ảnh của một lỗ đen trước đây?
Lỗ đen, thậm chí là siêu lớn, không phải là lớn. Chẳng hạn, chụp ảnh lỗ đen ở trung tâm Dải Ngân hà của chúng ta, được cho là to gấp 4 triệu lần mặt trời, sẽ giống như chụp ảnh DVD trên bề mặt mặt trăng, Dimitrios Psaltis, một nhà vật lý thiên văn tại Đại học Arizona, nói với Vox. Ngoài ra, các lỗ đen thường bị che khuất bởi vật liệu có thể che khuất ánh sáng xung quanh lỗ đen, họ viết.
Trước hình ảnh này, làm thế nào chúng ta biết lỗ đen tồn tại?
Lý thuyết tương đối của Einstein trước tiên dự đoán rằng khi một ngôi sao lớn chết đi, nó đã để lại một lõi dày đặc. Nếu lõi này nặng gấp ba lần mặt trời, phương trình của ông cho thấy lực hấp dẫn tạo ra một lỗ đen, theo NASA.
Nhưng cho đến ngày hôm qua (10 tháng 4), các nhà khoa học không thể chụp ảnh hoặc quan sát trực tiếp các lỗ đen. Thay vào đó, họ dựa vào bằng chứng gián tiếp - hành vi hoặc tín hiệu đến từ các đối tượng khác gần đó. Ví dụ, một lỗ đen nuốt chửng những ngôi sao xoay quá gần nó. Quá trình này làm nóng các ngôi sao, khiến chúng phát ra tín hiệu tia X có thể phát hiện được bằng kính viễn vọng. Đôi khi các lỗ đen cũng phun ra những vụ nổ khổng lồ của các hạt tích điện, một lần nữa, có thể phát hiện được bằng các dụng cụ của chúng tôi.
Các nhà khoa học đôi khi cũng nghiên cứu chuyển động của các vật thể - nếu chúng dường như bị kéo một cách kỳ lạ, một lỗ đen có thể là thủ phạm.
Chúng ta đang thấy gì trong hình ảnh?
Bản thân các lỗ đen phát ra quá ít bức xạ để được phát hiện, nhưng như Einstein dự đoán, đường viền của lỗ đen và chân trời sự kiện của nó - ranh giới mà ánh sáng không thể thoát ra - có thể được nhìn thấy.
Hóa ra, đó là sự thật. Vòng tròn tối ở giữa là "bóng" của lỗ đen được tiết lộ bởi khí phát sáng nằm ở chân trời sự kiện xung quanh nó. (Lực hấp dẫn cực độ của lỗ đen làm nóng khí, khiến nó phát ra bức xạ hoặc "phát sáng"). Nhưng khí trong chân trời sự kiện không thực sự có màu cam - thay vào đó, các nhà thiên văn học tham gia dự án đã chọn màu tín hiệu sóng vô tuyến màu cam để mô tả mức độ phát thải của nó.
Các tông màu vàng đại diện cho lượng khí thải mạnh nhất, trong khi màu đỏ mô tả cường độ thấp hơn và màu đen đại diện cho ít hoặc không phát thải. Trong quang phổ nhìn thấy được, màu sắc của khí thải có thể được nhìn thấy bằng mắt thường là màu trắng, có lẽ hơi nhuốm màu xanh hoặc đỏ.
Bạn có thể đọc thêm trong bài viết Khoa học trực tiếp này.
Tại sao hình ảnh bị mờ?
Với công nghệ hiện tại, đó là độ phân giải cao nhất có thể đạt được. Độ phân giải của Kính thiên văn Event Horizon là khoảng 20 microarcs giây. (Một microarcs giây có kích thước bằng một khoảng thời gian ở cuối câu nếu bạn đang nhìn nó từ Trái đất và khoảng thời gian đó nằm trong một tờ rơi để lại trên mặt trăng, theo Tạp chí của Hiệp hội Thiên văn học nghiệp dư New York.)
Nếu bạn chụp một bức ảnh bình thường chứa hàng triệu pixel, hãy thổi nó vài nghìn lần và làm mịn nó ra, bạn sẽ thấy độ phân giải tương tự như trong hình ảnh lỗ đen, theo Geoffrey Crew, phó chủ tịch của Kính viễn vọng chân trời sự kiện. Nhưng xem xét họ đang chụp một lỗ đen cách xa 55 triệu năm ánh sáng, điều đó cực kỳ ấn tượng.
Tại sao chiếc nhẫn có hình dạng bất thường như vậy?
Các nhà khoa học nhiệm vụ chưa biết. "Câu hỏi hay, và một câu hỏi mà chúng tôi hy vọng sẽ trả lời trong tương lai", phi hành đoàn nói. "Hiện tại, đó là những gì M87 đã cho chúng ta thấy."
Làm thế nào mà các nhà khoa học chụp được hình ảnh này?
Hơn 200 nhà thiên văn học trên khắp thế giới đã thực hiện các phép đo bằng cách sử dụng tám kính viễn vọng vô tuyến mặt đất được gọi chung là Kính thiên văn Chân trời Sự kiện (EHT). Các kính viễn vọng này thường được đặt tại các địa điểm có độ cao lớn như núi lửa ở Hawaii và Mexico, núi ở Arizona và Tây Ban Nha Sierra Nevada, sa mạc Atacama và Nam Cực, theo một tuyên bố từ Quỹ khoa học quốc gia.
Vào tháng 4 năm 2017, các nhà thiên văn học đã đồng bộ tất cả các kính viễn vọng để thực hiện các phép đo sóng vô tuyến được phát ra từ chân trời sự kiện của lỗ đen, tất cả cùng một lúc. Đồng bộ hóa các kính thiên văn giống như tạo ra một kính viễn vọng cỡ Trái đất với độ phân giải ấn tượng 20 microarcs giây - đủ để đọc một tờ báo trong tay một người New York suốt từ một quán cà phê ở Paris, theo bản tuyên bố. (So sánh, lỗ đen mà họ chụp được là khoảng 42 microarcs giây).
Sau đó, họ lấy tất cả các phép đo thô này, phân tích chúng và kết hợp chúng thành hình ảnh mà bạn nhìn thấy.
Tại sao các nhà khoa học đo sóng vô tuyến chứ không phải ánh sáng khả kiến để chụp ảnh?
Họ có thể có được độ phân giải tốt hơn bằng cách sử dụng sóng radio so với khi họ sử dụng ánh sáng khả kiến. "Sóng vô tuyến hiện cung cấp độ phân giải góc cao nhất của bất kỳ kỹ thuật nào hiện nay", phi hành đoàn nói. Độ phân giải góc liên quan đến mức độ (góc nhỏ nhất) mà kính viễn vọng có thể phân biệt giữa hai vật thể riêng biệt.
Đây có phải là một bức ảnh thực tế?
Không, không phải theo nghĩa truyền thống. "Thật khó để tạo ra một hình ảnh với sóng radio", phi hành đoàn nói. Các nhà khoa học nhiệm vụ đã đo các sóng vô tuyến được phát ra từ chân trời sự kiện của lỗ đen và sau đó xử lý thông tin đó bằng máy tính để tạo ra hình ảnh mà bạn nhìn thấy.
Liệu hình ảnh này một lần nữa chứng minh thuyết tương đối của Einstein?
Vâng. Thuyết tương đối của Einstein đã tiên đoán rằng các lỗ đen tồn tại và chúng có những chân trời sự kiện. Các phương trình cũng dự đoán rằng chân trời sự kiện phải có hình tròn và kích thước phải liên quan trực tiếp đến khối lượng của lỗ đen.
Lo và kìa: một chân trời sự kiện có phần tròn và khối lượng được suy ra của lỗ đen khớp với ước tính về những gì nó nên dựa trên sự chuyển động của các ngôi sao ở xa nó.
Bạn có thể đọc thêm trên Space.com.
Tại sao họ không chụp được hình ảnh về lỗ đen của thiên hà chúng ta, thay vào đó lại chọn một hình ảnh ở xa?
M87 là nhà nghiên cứu lỗ đen đầu tiên đo được nên họ lần đầu tiên phân tích rằng, ông Do Doeman, giám đốc của Kính viễn vọng Chân trời, cho biết trong một cuộc họp báo. Nhưng nó cũng là một hình ảnh dễ dàng hơn so với Sagittarius A *, nằm ở trung tâm thiên hà của chúng ta, ông nói thêm. Đó là bởi vì nó ở rất xa mà nó không "di chuyển" nhiều trong suốt một buổi tối thực hiện các phép đo. Nhân Mã A * gần gũi hơn rất nhiều, vì vậy nó không "cố định" trên bầu trời. Trong mọi trường hợp, "chúng tôi rất hào hứng khi làm việc trên Sag A *", Doeleman nói. "Chúng tôi không hứa hẹn bất cứ điều gì, nhưng chúng tôi hy vọng sẽ sớm có được điều đó."
