Các nhà thiên văn học tuyên bố hôm thứ Tư rằng cuối cùng họ đã chụp được một hình ảnh không thể quan sát được: một lỗ đen, một vực thẳm vũ trụ sâu và dày đặc đến nỗi thậm chí ánh sáng không thể thoát khỏi nó.
Trong nhiều năm, và đối với tất cả các bằng chứng khoa học gắn kết, các lỗ đen vẫn tồn tại trong trí tưởng tượng của các nghệ sĩ và thuật toán của các mô hình máy tính lộng lẫy được sử dụng trong sử thi ngoài vũ trụ của Christopher Nolan. .
Một số nhà khoa học thiên văn tại Trung tâm vật lý thiên văn Harvard-Smithsonian, và giám đốc của nỗ lực chụp ảnh, trong một cuộc họp báo hôm thứ Tư tại Washington, D.C.
Hình ảnh, về một vòng ánh sáng chập chờn bao quanh một vòng tròn tối sâu trong lòng thiên hà có tên là Messier 87, cách Trái đất khoảng 55 triệu năm ánh sáng, giống như Mắt Sauron, một lời nhắc nhở một lần nữa về sức mạnh không thể tưởng tượng được của Thiên nhiên. Đó là một vòng khói đóng khung một cổng thông tin một chiều đến cõi vĩnh hằng.
To chụp hình ảnh, các nhà thiên văn học đã vượt qua không gian liên thiên hà đến Messier 87, hay M87, một thiên hà khổng lồ trong chòm sao Xử Nữ. Ở đó, một lỗ đen lớn gấp vài tỷ lần so với mặt trời đang phóng ra một luồng năng lượng dữ dội khoảng 5.000 năm ánh sáng vào không gian.
(Đăng ký để nhận lời nhắc cho các sự kiện không gian và thiên văn trên lịch của bạn.)
Hình ảnhe đưa ra một lời khẳng định cuối cùng, vang lên về một ý tưởng đáng lo ngại đến nỗi ngay cả Einstein, từ những phương trình mà các lỗ đen xuất hiện, cũng không muốn chấp nhận nó. Nếu quá nhiều vật chất bị nhồi nhét vào một nơi, lực hấp dẫn tích lũy sẽ trở nên áp đảo, và nơi đó trở thành một cái bẫy vĩnh cửu. Ở đây, theo lý thuyết Einstein, vật chất, không gian và thời gian chấm dứt và tan biến như một giấc mơ.
Vào sáng thứ Tư, tầm nhìn tối đó đã trở thành hiện thực. Theo như đội ngũ các nhà thiên văn học có thể xác định, hình dạng của cái bóng là hình tròn, như lý thuyết Einstein Einstein dự đoán.
Kết quả được công bố đồng thời tại các cuộc họp báo ở Washington, D.C. và năm nơi khác trên thế giới, phù hợp với sự hợp tác quốc tế với 200 thành viên, chín kính thiên văn và sáu giấy tờ cho các tạp chí vật lý thiên văn. Khi hình ảnh được đưa lên màn hình ở Washington, cổ vũ và thở hổn hển, sau đó là tiếng vỗ tay, nổ ra trong phòng và khắp vũ trụ của các nhà du hành vũ trụ sau sự kiện phát trực tiếp.
Priyamvada Natarajan, nhà vật lý thiên văn tại Yale, nói rằng Einstein phải rất vui mừng. Lý thuyết của ông vừa được thử nghiệm căng thẳng trong điều kiện trọng lực cực độ, và dường như đã được giữ vững.
Kip Thorne, nhà vật lý thiên văn tại Viện Công nghệ California, và đã chia sẻ giải thưởng Nobel năm 2017 vì phát hiện ra sóng hấp dẫn từ các hố đen va chạm, đã viết trong một email: Thật tuyệt vời khi nhìn thấy bóng đen gần như tròn của lỗ đen . Không thể nghi ngờ đây thực sự là một lỗ đen ở trung tâm của M87, không có dấu hiệu sai lệch so với thuyết tương đối rộng.
Janna Levin, một nhà vũ trụ học và giáo sư tại trường đại học Barnard ở New York, cho biết, một thời gian để được sống.
Một kính thiên văn kích thước của Trái đất
Hình ảnh xuất hiện từ hai năm phân tích máy tính về các quan sát từ một mạng ăng ten vô tuyến gọi là Kính viễn vọng Chân trời Sự kiện. Trong tất cả các, tám đài quan sát vô tuyến trên sáu ngọn núi và bốn lục địa quan sát thiên hày trong Xử Nữ bật và tắt trong 10 ngày vào tháng 4 năm 2017.
Mảng kính viễn vọng cũng theo dõi một nguồn nhiễu vô tuyến mờ gọi là Sagittarius A * (phát âm là sao Sagittarius A), tại trung tâm của dải ngân hà của chúng ta. Ở đó, cách Trái đất 26.000 năm ánh sáng và bị dính bụi và khí liên sao, ẩn giấu một lỗ đen khác, với khối lượng 4,1 triệu mặt trời.
Mạng được đặt tên theo cạnh của một lỗ đen, điểm không thể quay lại; Vượt ra ngoài chân trời sự kiện, thậm chí ánh sáng không thể thoát khỏi lỗ đen Lực hấp dẫn.
Bí ẩn về các lỗ đen đã khiến các nhà thiên văn học trêu ngươi trong hơn nửa thế kỷ.
Vào những năm 1950, các nhà thiên văn học với kính viễn vọng vô tuyến đã phát hiện ra rằng các thiên hà dường như yên bình đang phun ra năng lượng vô tuyến từ lõi của chúng – nhiều năng lượng hơn nhiều so với các động cơ nhiệt hạch thông thường làm cho các ngôi sao tỏa sáng.
Có lẽ, các nhà vật lý thiên văn nghĩ rằng, năng lượng đang được giải phóng nhờ vật chất rơi vào các vật thể siêu lớn, dày đặc – sau này được gọi là hố đen. Kể từ đó, các nhà khoa học đã nghĩ ra các mô hình chi tiết về cách thức hoạt động của nó. Khi khí nóng, dày đặc xoáy quanh lỗ đen, giống như nước chảy xuống cống, áp lực mạnh và từ trường khiến năng lượng phun ra bên cạnh. Như một kết quả nghịch lý, lỗ đen siêu lớn có thể là vật thể phát sáng nhất trong vũ trụ.
Những hình ảnh được công bố hôm nay đã thúc đẩy khái niệm bạo lực tồn tại trên quy mô vũ trụ, Sera Markoff, nhà vật lý thiên văn tại Đại học Amsterdam, và là thành viên của nhóm Event Horizon cho biết. Lỗ đen phải là sự phá vỡ lớn nhất của trật tự vũ trụ, cô nói.
Ý tưởng ít được yêu thích nhất của Einstein
Tông tiết lộ ngày hôm nay đã diễn ra gần như đúng một thế kỷ sau những hình ảnh về những ngôi sao trên bầu trời làm cho Einstein trở nên nổi tiếng và khẳng định lý thuyết tương đối tổng quát của ông là định luật vũ trụ. Lý thuyết đó mô tả lực hấp dẫn đối với sự cong vênh của không gian và thời gian bởi vật chất và năng lượng, giống như một tấm nệm chùng xuống dưới một chiếc giường ngủ.
Thuyết tương đối rộng đã dẫn đến một quan niệm mới về vũ trụ, trong đó không-thời gian có thể rung chuyển, uốn cong, xé toạc, mở rộng, xoáy như một chủ nhân hỗn hợp và thậm chí biến mất mãi mãi trong một hố đen.
Trước sự ngạc nhiên của Einstein, các phương trình chỉ ra rằng khi quá nhiều vật chất hoặc năng lượng tập trung ở một nơi, không-thời gian có thể sụp đổ, bẫy vật chất và ánh sáng vĩnh viễn. Ông không thích ý tưởng đó, nhưng sự đồng thuận ngày nay là vũ trụ bị lốm đốm các lỗ đen điên cuồng tiêu thụ mọi thứ xung quanh chúng.
Nhiều người là những ngôi mộ hấp dẫn của những ngôi sao đã đốt cháy nhiên liệu của họ và sụp đổ. Nhưng những người khác, ẩn trong trung tâm của gần như mọi thiên hà, có khối lượng lớn gấp hàng triệu hoặc hàng tỷ lần so với mặt trời.
Không ai biết làm thế nào những thứ khổng lồ như hư vô có thể được lắp ráp. Nếp nhăn dày đặc trong năng lượng nguyên thủy của Big Bang? Những ngôi sao chạy trốn quái vật đã sụp đổ và nuốt chửng môi trường xung quanh trong những năm bình minh của vũ trụ?
Các nhà khoa học cũng không biết điều gì cuối cùng xảy ra với bất cứ thứ gì rơi vào lỗ đen, cũng như những gì lực lượng ngự trị ở trung tâm, theo lý thuyết, mật độ tiếp cận vô cực và khói thuốc từ máy tính tự nhiên.
Không tham gia vào quái vật vũ trụ
Mọi nghi ngờ dai dẳng về thực tế của các lỗ đen đã tan biến cách đây ba năm khi Đài quan sát sóng hấp dẫn giao thoa kế laser, hay LIGO, được phát hiện sự va chạm của một cặp hố đen xa xôi, khiến người ta rùng mình thông qua kết cấu của không-thời gian.
Hiện nay thực tế có khuôn mặt Peter Galison, một nhà vật lý, nhà làm phim và nhà sử học tại Harvard, đồng thời là thành viên của nhóm Event Horizon, lưu ý rằng có một cảm giác kết thúc mở tuyệt vời khi có thể nhìn thấy thứ gì đó thay vì chỉ tích lũy bằng chứng thống kê.
Tuy nhiên, câu hỏi về trọng lực và vũ trụ rất nhiều. Chúng tôi biết rằng phải có một cái gì đó nhiều hơn, xông Avery Broderick, một nhà vật lý tại Đại học Waterloo, Ontario, nói với khán giả ở Washington, D.C. Lỗ đen là một trong những nơi để tìm kiếm câu trả lời.
Chứng minh rằng những con quái vật trong Xử Nữ và trung tâm của Dải Ngân hà thực sự là những hố đen cần thiết để đo kích thước bóng của chúng. Đó không phải là công việc dễ dàng. Cả hai trông cực kỳ nhỏ từ khoảng cách này, và việc giải quyết các chi tiết nhỏ của chúng sẽ là một thách thức đối với ngay cả kính viễn vọng cá nhân lớn nhất.
Hơn nữa, tầm nhìn bị làm mờ bởi các hạt tích điện như electron và proton lấp đầy không gian giữa các vì sao. Tiến sĩ Doeleman giống như nhìn qua kính mờ, tiến sĩ Doeleman, giám đốc của Kính viễn vọng Chân trời Sự kiện.
Để nhìn vào bóng tối, các nhà thiên văn học cần có khả năng điều chỉnh kính viễn vọng vô tuyến của họ thành các bước sóng ngắn hơn. Và họ cần một kính thiên văn lớn hơn.
Bước vào Kính viễn vọng Chân trời Sự kiện, đứa trẻ mơ ước của Tiến sĩ Doeleman. Bằng cách kết hợp dữ liệu từ các kính viễn vọng vô tuyến cách xa Nam Cực, Pháp, Chile và Hawaii, sử dụng một kỹ thuật gọi là giao thoa đường cơ sở rất dài, Tiến sĩ Doeleman và các đồng nghiệp đã tạo ra một kính viễn vọng lớn như chính Trái đất, với sức mạnh để giải quyết các chi tiết nhỏ như một quả cam trên bề mặt mặt trăng.
Vào tháng 4 năm 2017, mạng lưới tám kính viễn vọng, bao gồm Kính viễn vọng Nam Cực, được đồng bộ hóa bởi đồng hồ nguyên tử, nhìn chằm chằm vào hai mục tiêu tắt và bật trong 10 ngày.
Trong hai năm, nhóm Event Horizon đã giảm và đối chiếu kết quả. Dữ liệu quá lớn để truyền qua internet, vì vậy chúng được đặt trên đĩa cứng và bay trở lại M.I.T. Đài thiên văn Haystack, ở Westford, Thánh lễ, và Viện thiên văn vô tuyến Max Planck, tại Bon, Đức.
Dữ liệu từ Nam Cực không thể đến trước tháng 12 năm 2017, Tiến sĩ Doeleman cho biết trong một cuộc phỏng vấn, vì đó là mùa đông ở Nam Cực, khi không có gì có thể vào hoặc ra.
Năm ngoái, nhóm đã chia thành bốn nhóm để lắp ráp hình ảnh từ kết xuất dữ liệu. Để giữ mục tiêu và bảo vệ chống lại sự thiên vị, các đội không có liên lạc với nhau. Họ sẵn sàng cho một kết quả không rõ ràng hoặc mơ hồ – một sự mờ ảo, có lẽ, họ không thể đọc được.
Một điều ngạc nhiên là hình ảnh này rõ ràng như thế nào.
Bác sĩ Doeleman đã phát triển lạc quan vào năm ngoái tại một bữa ăn tối có sự tham gia của một số thành viên trẻ tuổi trong nhóm, người đã cho anh ta xem dữ liệu đầu tiên cho M87.
Có những chữ ký rõ ràng của một cấu trúc giống như chiếc nhẫn, ông nói. Sau bữa tối, anh đến văn phòng của mình và thực hiện một số tính toán thô thiển. Đó là một trong những khoảnh khắc tuyệt vời, anh nói. Một điều ngạc nhiên là hình ảnh này rõ ràng như thế nào.
Khi vật chất xoáy vào một lỗ đen, nó tích tụ vào một cái đĩa ngay bên ngoài bờ vực thẳm. Vòng ánh sáng trong ảnh mới tương ứng với quỹ đạo trong cùng của photon, các hạt lượng tử tạo nên ánh sáng. Bằng cách đặt một cây thước trên vành đai đó, các nhà thiên văn học có thể đo kích thước của lỗ đen và thấy rằng nó đã đáp ứng đơn thuốc của Einstein.
Phép đo cũng đưa ra ước tính chắc chắn về khối lượng của lỗ đen Xử Nữ: 6,5 tỷ khối lượng mặt trời. Đó là nặng hơn so với hầu hết các quyết định trước đây, và nó cho thấy rằng khối lượng của các lỗ đen lớn khác có thể cần phải được sửa đổi lên trên.
Các quan sát cũng tiết lộ rằng đĩa bồi tụ – bánh rán của sự diệt vong – đứng về phía Trái đất, lỗ hổng đối diện với chúng ta và quay theo chiều kim đồng hồ. Hình ảnh sáng hơn nơi khí chảy quanh lỗ, về phía chúng tôi.
Tiến sĩ Doeleman đã mô tả lỗ đen ở trung tâm Dải Ngân hà là một vật thể hấp dẫn, thú vị. Nhưng nó nhỏ hơn nhiều so với lỗ đen của Xử Nữ, nên chân dung của nó khó chụp hơn. Nhiệm vụ đó nằm ở phía trước đối với Kính viễn vọng Chân trời Sự kiện.
Mạng lưới kính viễn vọng tiếp tục phát triển. Vào tháng 4 năm 2018, một kính viễn vọng ở Greenland đã được thêm vào sự hợp tác. Một lần chạy quan sát khác được thực hiện từ Dải Ngân hà và M87, và đã thu được gấp đôi lượng dữ liệu thu thập được trong năm 2017. Dữ liệu đó không phải là một phần của kết quả được công bố hôm nay, nhưng sẽ được sử dụng để xác nhận chúng và theo dõi hành vi của các lỗ đen. Hai ăng ten nữa đang chờ để tham gia Kính thiên văn Sự kiện.
Tiến sĩ Doeleman cho biết, kế hoạch này là để thực hiện những quan sát này vô thời hạn và xem mọi thứ thay đổi như thế nào, bác sĩ Doeleman nói, bắt tay vào công việc mới của mình với tư cách là người thuần hóa các quái thú ngoài hành tinh.
Một số người kinh ngạc khi nghĩ rằng con người có thể biến Trái đất thành kính viễn vọng và nhìn thấy một lỗ đen, và vẫn còn tuyệt vời hơn khi làm điều đó với đội ngũ này, ông nói. "Đó là cái tốt nhất."
Nguồn The NewYork Times