Tín dụng hình ảnh: NRAO
Ba mươi năm sau khi các nhà thiên văn học phát hiện ra vật thể bí ẩn tại trung tâm chính xác của Dải Ngân hà của chúng ta, một nhóm các nhà khoa học quốc tế cuối cùng đã thành công trong việc đo trực tiếp kích thước của vật thể đó, bao quanh một lỗ đen lớn gấp gần bốn triệu lần so với Mặt trời. Đây là cách tiếp cận kính thiên văn gần nhất với một lỗ đen cho đến nay và đặt một biên giới lớn của vật lý thiên văn trong tầm với của các quan sát trong tương lai. Các nhà khoa học đã sử dụng kính viễn vọng vô tuyến cơ bản (VLBA) của Tổ chức Khoa học Quốc gia để tạo ra bước đột phá.
Đây là một bước tiến lớn, theo ông Geoffrey Bower, thuộc Đại học California-Berkeley. Đây là điều mà mọi người muốn làm trong 30 năm qua, kể từ khi đối tượng của trung tâm Thiên hà, được gọi là Sagittarius A * (phát âm là Ngôi sao A-ngôi sao), được phát hiện vào năm 1974. Các nhà thiên văn đã báo cáo nghiên cứu của họ trong phiên bản ngày 1 tháng 4 Khoa học Express.
Bây giờ chúng ta có một kích thước cho đối tượng, nhưng bí ẩn về bản chất chính xác của nó vẫn còn, ông Bower nói thêm. Bước tiếp theo, anh giải thích, là tìm hiểu hình dạng của nó, để chúng ta có thể biết đó là máy bay phản lực, đĩa mỏng hay đám mây hình cầu.
Trung tâm Milky Way, cách Trái đất 26.000 năm ánh sáng, bị che khuất bởi bụi, vì vậy các kính viễn vọng ánh sáng nhìn thấy không thể nghiên cứu vật thể. Trong khi sóng vô tuyến từ khu vực trung tâm Galaxy, có thể xuyên qua bụi, chúng bị phân tán bởi plasma tích điện hỗn loạn trong không gian dọc theo đường ngắm tới Trái đất. Sự tán xạ này đã làm nản lòng những nỗ lực trước đó để đo kích thước của vật thể trung tâm, giống như sương mù làm mờ đi ánh sáng chói của những ngọn hải đăng xa xôi.
Sau 30 năm, kính viễn vọng vô tuyến cuối cùng đã gỡ được sương mù và chúng ta có thể thấy những gì đang diễn ra, ông Heino Falcke, thuộc Đài quan sát Đài phát thanh Westerbork ở Hà Lan, một thành viên khác của nhóm nghiên cứu cho biết.
Các vật thể phát ra ánh sáng phát ra sẽ nằm gọn trong đường đi của quỹ đạo Trái đất quanh Mặt trời, các nhà thiên văn học cho biết. Lỗ đen chính nó, họ tính toán, khoảng 14 triệu dặm, và sẽ phù hợp một cách dễ dàng bên trong quỹ đạo sao Thủy. Lỗ đen là nồng độ vật chất dày đặc đến nỗi thậm chí ánh sáng không thể thoát khỏi lực hấp dẫn mạnh mẽ của chúng.
Các quan sát VLBA mới cung cấp cho các nhà thiên văn học cái nhìn tốt nhất của họ về một hệ thống lỗ đen. Chúng tôi gần gũi hơn rất nhiều khi nhìn thấy những ảnh hưởng của lỗ đen đối với môi trường của nó ở đây hơn bất cứ nơi nào khác.
Lỗ đen trung tâm Milky Way, giống như anh em họ lớn hơn của nó trong các hạt nhân thiên hà hoạt động mạnh hơn, được cho là đang thu hút vật chất từ môi trường xung quanh và trong quá trình cung cấp năng lượng cho sự phát xạ của sóng vô tuyến. Mặc dù các quan sát VLBA mới chưa cung cấp câu trả lời cuối cùng về bản chất của quá trình này, nhưng chúng đã giúp loại bỏ một số lý thuyết, Bower nói. Dựa trên công trình mới nhất, ông giải thích, các lý thuyết hàng đầu còn lại về bản chất của vật thể phát xạ là các tia của các hạt hạ nguyên tử, tương tự như các thiên hà nhìn thấy trong các thiên hà vô tuyến; và một số lý thuyết liên quan đến vật chất được gia tốc gần rìa của lỗ đen.
Khi các nhà thiên văn học nghiên cứu Nhân Mã A * ở tần số vô tuyến ngày càng cao, kích thước rõ ràng của vật thể trở nên nhỏ hơn. Thực tế này cũng vậy, Bower nói, đã giúp loại bỏ một số ý tưởng về bản chất đối tượng. Việc giảm kích thước quan sát với tần số tăng dần, hoặc bước sóng ngắn hơn, cũng mang lại cho các nhà thiên văn học một mục tiêu trêu ngươi.
Chúng tôi nghĩ rằng cuối cùng chúng ta có thể quan sát ở các bước sóng đủ ngắn mà chúng ta sẽ thấy một điểm cắt khi chúng ta đạt được kích thước của lỗ đen, theo ông Bower nói. Ngoài ra, ông nói, trong các quan sát trong tương lai, chúng tôi hy vọng sẽ thấy một ’bóng tối được tạo ra bởi hiệu ứng thấu kính hấp dẫn của lực hấp dẫn rất mạnh của lỗ đen.
Năm 2000, Falcke và các đồng nghiệp đã đề xuất một quan sát như vậy trên cơ sở lý thuyết, và bây giờ nó có vẻ khả thi. Hiện tại, hình ảnh của bóng đen lỗ chân lông Sự kiện hiện đang nằm trong tầm tay của chúng tôi, nếu chúng tôi làm việc đủ chăm chỉ trong những năm tới, thì Fal Falke nói thêm.
Một kết luận khác mà các nhà khoa học đưa ra là, tổng khối lượng của hố đen rất tập trung, theo Bower. Các quan sát VLBA mới cung cấp, theo ông, việc bản địa hóa chính xác nhất khối lượng của một lỗ đen siêu lớn từ trước đến nay. Độ chính xác của những quan sát này cho phép các nhà khoa học nói rằng một khối lượng ít nhất 40.000 Mặt trời phải cư trú trong một không gian tương ứng với kích thước của quỹ đạo Trái đất. Tuy nhiên, con số đó chỉ đại diện cho một giới hạn thấp hơn trên khối lượng. Nhiều khả năng, các nhà khoa học tin rằng, tất cả khối lượng lỗ đen - bằng bốn triệu Mặt trời - tập trung tốt bên trong khu vực bị nhấn chìm bởi vật thể phát ra sóng vô tuyến.
Để thực hiện phép đo của mình, các nhà thiên văn học đã phải nỗ lực hết sức để phá vỡ hiệu ứng tán xạ của sương mù Plasma plasma giữa Sagittarius A * và Trái đất. Chúng tôi đã phải thúc đẩy kỹ thuật của chúng tôi rất khó khăn.
Bower đã ví nhiệm vụ của mình khi cố gắng nhìn thấy chú vịt cao su màu vàng của bạn qua lớp kính mờ của buồng tắm. Bằng cách thực hiện nhiều quan sát, chỉ giữ dữ liệu chất lượng cao nhất và loại bỏ một cách toán học hiệu ứng tán xạ của plasma, các nhà khoa học đã thành công trong việc thực hiện phép đo kích thước đầu tiên của Sagittarius A *.
Ngoài Bower và Falcke, nhóm nghiên cứu bao gồm Robin Herrnstein của Đại học Columbia, Jun-Hui Zhao thuộc Trung tâm vật lý thiên văn Harvard-Smithsonian, Miller Goss thuộc Đài quan sát thiên văn vô tuyến quốc gia và Donald Backer của Đại học California-Berkeley. Falcke cũng là một giáo sư phụ trợ tại Đại học Nijmegen và là một nhà khoa học đến thăm tại Viện phát thanh phóng xạ Max-Planck ở Bon, Đức.
Sagittarius A * được phát hiện vào tháng 2 năm 1974 bởi Bruce Balick, hiện tại Đại học Washington và Robert Brown, hiện là giám đốc của Trung tâm thiên văn học và điện ly quốc gia tại Đại học Cornell. Nó đã được chứng minh là trung tâm của Dải Ngân hà, xung quanh phần còn lại của Thiên hà. Năm 1999, Mark Reid thuộc Trung tâm vật lý thiên văn Harvard-Smithsonian và các đồng nghiệp của ông đã sử dụng các quan sát VLBA của Sagittarius A * để phát hiện chuyển động của Trái đất trên quỹ đạo quanh trung tâm của Galaxy và xác định rằng Hệ mặt trời của chúng ta phải mất 226 triệu năm để tạo ra một mạch xung quanh Ngân hà.
Vào tháng 3 năm 2004, 55 nhà thiên văn học đã tập trung tại cơ sở quan sát thiên văn vô tuyến quốc gia ở Green Bank, West Virginia, cho một hội nghị khoa học kỷ niệm sự khám phá của Sagittarius A * tại Green Bank 30 năm trước. Tại hội nghị này, các nhà khoa học đã tiết lộ một tấm biển kỷ niệm trên một trong những kính viễn vọng khám phá.
Mảng đường cơ sở rất dài, một phần của Đài quan sát thiên văn vô tuyến quốc gia, là một hệ thống kính viễn vọng vô tuyến toàn lục địa, với ăng ten đĩa 10, 240 tấn, từ Hawaii đến Caribbean. Nó cung cấp sức mạnh phân giải lớn nhất, hoặc khả năng nhìn thấy chi tiết tốt, của bất kỳ kính viễn vọng nào trong thiên văn học, trên Trái đất hoặc trong không gian.
Đài quan sát thiên văn vô tuyến quốc gia là một cơ sở của Quỹ khoa học quốc gia, được vận hành theo thỏa thuận hợp tác của Associated University, Inc.
Nguồn gốc: Bản tin NRAO
