Đó chính là lỗ đen siêu nặng ở trung tâm thiên hà Messier 87, được chụp ảnh từ một mạng lưới các kính thiên văn radio toàn cầu thuộc hợp tác quốc tế Kính viễn vọng Chân trời Sự kiện.

Các nhà hoa học đã chụp được bức ảnh đầu tiên của một lỗ đen vũ trụ ở trung tâm của thiên hà M87, sử dụng các đài quan sát Kính thiên văn Chân trời Sự kiện (Event Horizon Telescope - EHT). Bức ảnh cho thấy một vòng sáng được hình thành khi ánh sáng bị bẻ cong dưới lực hấp dẫn lớn xung quanh một lỗ đen nặng gấp 6,5 tỷ lần Mặt Trời. Bức ảnh này là bằng chứng vững chắc nhất về sự tồn tại của các lỗ đen siêu nặng và mở ra một cánh cửa mới trong nghiên cứu lỗ đen, chân trời sự kiện và hấp dẫn của chúng. Credit: Event Horizon Telescope Collaboration.

Kính viễn vọng Chân trời Sự kiện (Event Horizon Telescope - EHT), một mạng lưới quy mô hành tinh của 8 kính thiên văn radio mặt đất thuộc một hợp tác quốc tế, được thiết kế để chụp các bức ảnh của một lỗ đen. Ngày hôm nay, trong một chuỗi các họp báo phối hợp ở khắp nơi trên toàn cầu, các nhà nghiên cứu EHT công bố họ đã thành công, hé lộ bằng chứng trực tiếp đầu tiên của một lỗ đen siêu nặng và “chiếc bóng” của nó.

Đột phá này đã được công bố hôm nay trong một loạt 6 bài báo khoa học liên tiếp trên tạp chí lừng danh The Astrophysical Journal Letters. Bức ảnh cho thấy lỗ đen tại trung tâm của thiên hà Messier 87, một thiên hà nặng ở gần cụm thiên hà Xử Nữ (Virgo). Lỗ đen này nằm cách Trái Đất 55 triệu năm ánh sáng và có khối lượng gấp 6,5 tỷ lần Mặt Trời.

EHT kết nối các kính thiên văn khắp nơi trên thế giới để tạo thành một kính thiên văn ảo kích thước Trái Đất với một độ phân giải và độ nhạy vô tiền khoáng hậu. EHT là kết quả của một hợp tác quốc tế trong nhiều năm, cung cấp cho các nhà khoa học một cách thức mới để nghiên cứu các vật thể cực đoan nhất vũ trụ, vốn đã được tiên đoán bởi lý thuyết tương đối tổng quát của Einstein, và đã được kiểm chứng bằng thực nghiệm đúng 100 năm trước nhờ hiện tượng nhật thực toàn phần.

Giám đốc dự án EHT Sheperd S. Doeleman cho biết: “Chúng tôi đã chụp được bức ảnh đầu tiên của một lỗ đen. Đây là một kỳ công khoa học phi thường được thực hiện bởi một nhóm hơn 200 nhà nghiên cứu”.

Các lỗ đen là những vật thể vũ trụ phi thường với khối lượng cực lớn nhưng lại có một kích thước cực kỳ nhỏ gọn. Sự hiện diện của các vật thể này tác động đến môi trường xung quanh chúng theo những cách rất cực đoan: bẻ cong không-thời gian và đốt nóng bất kỳ vật chất nào xung quanh.

“Nếu lỗ đen nằm trong một khu vực sáng, như một đĩa của khí phát sáng, chúng tôi kỳ vọng rằng một lỗ đen sẽ tạo ra một vùng tối như là một chiếc bóng - thứ vốn đã được tiên đoán bởi lý thuyết tương đối tổng quát của Einstein, nhưng chúng ta chưa bao giờ được nhìn thấy tận mắt. Chiếc bóng này được tạo thành do sự uốn cong hấp dẫn và sự bắt giữ ánh sáng của chân trời sự kiện, tiết lộ nhiều điều về bản chất của các vật thể quyến rũ này, và cho phép chúng ta đo đạc khối lượng khổng lồ của lỗ đen M87”, theo lời giải thích của Heino Falcke, chủ tịch Hội đồng Khoa học EHT tại Đại học Radboud, Hà Lan.

Nhiều phương pháp hiệu chỉnh và chụp ảnh đã giúp tiết lộ cấu trúc hình chiếc nhẫn với một vùng tối ở trung tâm - chiếc bóng của lỗ đen - từ sự kiên trì với nhiều quan sát độc lập của EHT.

Paul T.P. Ho, thành viên EHT và là Giám đốc của Đài quan sát Đông Á, nhấn mạnh: “Một khi đã chắc chắn rằng chúng ta đã chụp được ảnh của chiếc bóng, chúng ta có thể so sánh các quan sát này với các mô hình máy tính chuyên sâu kết hợp với vật lý của không gian uốn cong, vật chất bị siêu gia nhiệt và từ trường mạnh. Nhiều đặc trưng của bức ảnh quan sát được phù hợp với lý thuyết của chúng tôi một cách kinh ngạc. Điều này khiến chúng tôi thêm tự tin về việc giải thích các quan sát này, bao gồm cả việc ước lượng khối lượng của lỗ đen”.

Sự hình thành của hợp tác quốc tế EHT là một thử thách cần đến sự kết nối và nâng cấp mạng lưới toàn cầu của tám chiếc kính thiên văn đã có sẵn, được lắp đặt ở nhiều vị trí có độ cao khác nhau. Những địa điểm nào bao gồm cả các núi lửa ở Hawaii và Mexico, các ngọn núi ở Arizona và Sierra Nevada ở Tây Ban Nha, hoang mạc Atacama ở Chile, và cả ở Châu Nam Cực.

Các quan sát của EHT sử dụng một kỹ thuật gọi là giao thoa đường cơ sở rất dài (very-long-baseline interferometry - VLBI) với các kính thiên văn đồng bộ khắp nơi trên thế giới và khai thác sự tự quay của hành tinh chúng ta để tạo nên một kính thiên văn kích thước Trái Đất, quan sát tại bước sóng 1,3 mm. VLBI cho phép EHT đạt được một độ phân giải góc lên đến 20 micro-arcsecond - đủ để đọc một tờ báo giấy ở New York từ khoảng cách tương đương đến một quán cà phê ven đường ở Paris.

Các kính viễn vọng đóng góp vào kết quả này gồm có ALMA, APEX, kính thiên văn 30 mét IRAM, Kính thiên văn James Clerk Maxwell, Large Millimeter Telescope Alfonso Serrano, Submillimeter Array, the Submillimeter Telescope, và Kính thiên văn Nam Cực. Hàng triệu Gigabyte dữ liệu gốc từ các kính thiên văn đã được kết hợp bởi các siêu máy tính chuyên biệt đặt tại Viện nghiên cứu Thiên văn Vô tuyến Max Planck và tại Đài thiên văn Haystack của MIT.

Việc xây dựng của EHT và các quan sát đã công bố hôm nay tiêu biểu cho các nghiên cứu đỉnh cao hàng thập kỷ trong cả lý thuyết, kỹ thuật và quan sát thực nghiệm. Đây là một ví dụ về làm việc nhóm ở quy mô toàn cầu, đòi hỏi sự hợp tác chặt chẽ của các nhà nghiên cứu khắp nơi trên thế giới. Mười ba cơ quan nghiên cứu đối tác đã làm việc với nhau để tạo ra EHT, sử dụng cả các cơ sở vật chất sẵn có và sự hỗ trợ từ nhiều cơ quan nghiên cứu. Nguồn tài chính chủ yếu được cung cấp bởi Quỹ Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ (NSF), Hội đồng Nghiên cứu Châu Âu (ERC), và ngân sách từ các cơ quan nghiên cứu ở Đông Á.

“Chúng ta đã làm được điều từng được cho là không thể chỉ vừa một thế hệ trước mà thôi. Những đột phá về công nghệ, sự kết nối giữa các đài quan sát vô tuyến tốt nhất trên thế giới, và các thuật toán sáng tạo cùng lúc đến với nhau để mở ra một cửa sổ hoàn toàn mới về lỗ đen và chân trời sự kiện”, Doeleman kết luận.

Nghiên cứu này được trình bày ở 6 bài báo khoa học liên tiếp công bố ngày hôm nay (10/04/2019) trên ấn bản đặc biệt của tạp chí The Astrophysical Journal Letters, cùng với một bản tin tổng hợp.

Theo Event Horizon Telescope

Tham khảo

Author: Hien PHAN
Cựu thành viên CLB Thiên văn học Đà Nẵng - DAC; giảng viên khoa Vũ trụ và Ứng dụng, trường Đại học Khoa học và Công nghệ Hà Nội - USTH (Đại học Việt Pháp).