Một nhóm các nhà thiên văn vô tuyến quốc tế đã công bố hôm nay (10 tháng 4) hình ảnh cận cảnh đầu tiên của một lỗ đen.
Đó là một lỗ đen siêu lớn ở trung tâm thiên hà Virgo A (còn gọi là Messier 87 hoặc M87), và nó rất lớn - rộng bằng toàn bộ hệ mặt trời của chúng ta - cách xa cả 53 triệu năm ánh sáng, nó trông to như trên bầu trời như Sagittarius A *, lỗ đen nhỏ hơn nhưng vẫn khá lớn ở trung tâm thiên hà của chúng ta. Thông báo này là kết quả đầu tiên từ một nỗ lực bắt đầu vào tháng 4 năm 2017, liên quan đến mọi kính viễn vọng vô tuyến lớn trên Trái đất - gọi chung là Kính viễn vọng Chân trời Sự kiện.
Vì vậy, nếu những vật thể này quá lớn và các kính viễn vọng đã ở ngoài đó, tại sao các nhà khoa học tìm ra cách chụp ảnh chúng chỉ gần đây? Và một khi họ đã tìm ra nó, tại sao phải mất hai năm để tạo ra một hình ảnh?
Để trả lời câu hỏi đầu tiên đơn giản: Lỗ đen có kích thước này rất hiếm. Mỗi thiên hà lớn được cho là chỉ có một tại trung tâm của nó. Chúng thường khá tối, che phủ trong những đám mây vật chất và sao dày đặc. Và thậm chí là nơi gần nhất, trong thiên hà của chúng ta, cách Trái đất 26.000 năm ánh sáng.
Nhưng hình ảnh mới không tiết lộ ánh sáng đầu tiên mà con người phát hiện được từ một lỗ đen. (Và hình ảnh không được tạo ra từ ánh sáng như chúng ta thường tưởng tượng; sóng điện từ mà kính viễn vọng phát hiện là sóng vô tuyến rất dài. Tuy nhiên, nếu bạn ở gần lỗ đen hơn, bạn cũng sẽ thấy một bóng ánh sáng nhìn thấy được.)
Cho đến năm 1931, theo Đài thiên văn và Đài thiên văn Armagh, nhà vật lý học Karl Jansky nhận thấy rằng có một điểm sáng của hoạt động bước sóng vô tuyến ở trung tâm của Dải Ngân hà. Các nhà vật lý bây giờ nghi ngờ mạnh mẽ rằng điểm này là một lỗ đen siêu lớn. Kể từ khám phá đó, các nhà vật lý từ lâu đã phát hiện ra các lỗ đen khác bằng chữ ký vô tuyến của họ.
Điều mới ở đây là Kính viễn vọng Chân trời Sự kiện đã chụp được bóng của lỗ đen tạo ra xung quanh vật chất phát sáng xung quanh của vật thể (vật chất nóng rơi nhanh về phía chân trời sự kiện của lỗ đen). Điều đó gây hứng thú cho các nhà vật lý bởi vì nó xác nhận một số ý tưởng quan trọng về cái bóng đó trông như thế nào, từ đó xác nhận những gì các nhà khoa học đã tin về lỗ đen.
Để ghi lại hình bóng, các nhà vật lý thiên văn đã phải phát hiện những sóng vô tuyến đó một cách chi tiết chưa từng thấy. Không có kính viễn vọng vô tuyến duy nhất có thể làm điều đó. Nhưng các nhà vật lý đã tìm ra cách kết nối tất cả chúng, trên khắp Trái đất, cùng nhau hoạt động như một kính viễn vọng khổng lồ, như Sheperd Doeleman, nhà vật lý thiên văn của Đại học Harvard và giám đốc của Kính viễn vọng Chân trời Sự kiện, cho biết trong một cuộc họp báo của Quỹ Khoa học Quốc gia.
Mỗi kính viễn vọng vô tuyến thu được một lượng lớn photon vô tuyến tới, nhưng không có chi tiết nào đủ gần để phát hiện ra bóng của lỗ đen được bao quanh bởi đĩa bồi tụ của nó. Nhưng quan điểm của mỗi kính viễn vọng về hình ảnh là một chút khác nhau. Vì vậy, các nhà khoa học đã kết hợp một cách tỉ mỉ các bộ dữ liệu hơi khác nhau và với sự trợ giúp của đồng hồ nguyên tử, được so sánh khi các photon vô tuyến đến các thiết bị khác nhau. Bằng cách này, các nhà vật lý đã có thể trêu chọc tín hiệu của lỗ đen từ rất nhiều tiếng ồn.
Các kính viễn vọng đã thu thập dữ liệu thực tế được sử dụng để tạo ra hình ảnh trong suốt ba ngày vào tháng 4 năm 2017. Tổng số này lên tới hơn 5 petabyte, tổng số thông tin tương đương với toàn bộ Thư viện Quốc hội. Nó được lưu trữ trên một bộ sưu tập lớn các ổ cứng được đo bằng tấn, Dan Marrone, nhà vật lý thiên văn và một trong những cộng tác viên của dự án, cho biết trong cuộc họp báo.
Đó là rất nhiều dữ liệu mà việc gửi nó qua internet là không thể, ông nói. Thay vào đó, các nhà vật lý thu thập tất cả thông tin ở một nơi bằng cách vận chuyển vật lý các ổ đĩa cứng.
Các nhà nghiên cứu đã dành năm tới sử dụng máy tính để tinh chỉnh và giải thích dữ liệu đó cho đến khi hình ảnh này xuất hiện, Marrone nói. Họ đã dành một năm sau đó để kiểm tra kết quả của họ và viết lên giấy tờ. Nước trong khí quyển, các photon vô tuyến đi lạc từ các nguồn khác và thậm chí cả những lỗi nhỏ trong dữ liệu của kính viễn vọng đều âm mưu làm rối dữ liệu. Do đó, hầu hết các công việc của dự án bao gồm toán học cẩn thận để giải quyết tất cả các lỗi đó và nhiễu trong dữ liệu, với công việc dần dần phát hiện ra hình ảnh ẩn đằng sau những vấn đề đó.
Vì vậy, trong một khía cạnh nhất định, chụp ảnh lỗ đen xảy ra khá nhanh. Nó đang phát triển nó mất một thời gian rất dài.
