Hố đen vũ trụ được Google ghi nhận được hình dung như thế nào?

Một kính viễn vọng ảo có kích thước của hành tinh Trái đất đã chụp được hình ảnh trực tiếp đầu tiên của hố đen một thế kỷ sau khi các phương trình của Einstein tiên đoán sự tồn tại của các hố đen.

Cụ thể, hình ảnh được chụp bởi Kính viễn vọng Chân trời Sự kiện là khu vực bí ẩn được xác định bởi chân trời sự kiện của lỗ, điểm mà không gì - thậm chí không ánh sáng - có thể thoát ra.

"Chúng tôi đã thấy những gì chúng tôi nghĩ là không thể nhận ra", Shep Doeleman , nhà thiên văn vô tuyến tại Trung tâm vật lý thiên văn Harvard Smithsonian và giám đốc dự án Kính viễn vọng chân trời cho biết. "Chúng tôi đã thấy và chụp một bức ảnh về một lỗ đen. Đây là một thành tựu đáng chú ý."

Hố đen vũ trụ được Google ghi nhận được hình dung như thế nào? - Ảnh 1.

Hình ảnh này được phát hành vào thứ Tư, ngày 10 tháng 4 năm 2019, bởi Kính viễn vọng Chân trời Sự kiện cho thấy một lỗ đen.

Mục tiêu là một lỗ đen khổng lồ, lớn gấp 6,5 tỷ lần so với mặt trời, trong lõi của M-87, một thiên hà hình elip khổng lồ cách xa khoảng 55 triệu năm ánh sáng trong chòm sao Xử Nữ.

Một mục tiêu quen thuộc của các nhà thiên văn nghiệp dư, M-87 là một trong những nguồn phát thanh sáng nhất trên bầu trời, với một luồng vật chất khổng lồ kéo dài ra khỏi lõi, được cung cấp bởi lỗ đen phàm ăn.

Hình ảnh được chụp bởi Kính viễn vọng Chân trời Sự kiện cho thấy lõi trung tâm màu đen - chân trời sự kiện - được bao quanh bởi một vòng ánh sáng bị phát ra bởi các hạt chạy xung quanh lỗ đen với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng.

Nó gần giống với những gì các nhà thiên văn học mong đợi dựa trên các mô phỏng chạy các phương trình của thuyết tương đối rộng của Einstein.

Khái niệm về lỗ đen

Thực tế được chấp nhận của các lỗ đen là tương đối mới, nhưng khái niệm này thì không. John Mitchell, một nhà phân tích tiếng Anh và là nhà khoa học tài ba, lần đầu tiên đề xuất khả năng "ngôi sao đen" vào năm 1783.

Mitchell tự hỏi điều gì sẽ xảy ra nếu một ngôi sao quá lớn và lực hấp dẫn của nó quá lớn, tốc độ thoát của nó, tức là tốc độ của một vật thể - hoặc một photon - sẽ cần phải vượt qua trường hấp dẫn của ngôi sao, vượt quá tốc độ ánh sáng. Ông kết luận ngôi sao sẽ vô hình, hoặc tối, vì ánh sáng của nó không thể thoát ra.

Hố đen vũ trụ được Google ghi nhận được hình dung như thế nào? - Ảnh 2.

Ấn tượng của một nghệ sĩ về một lỗ đen được bao quanh bởi một đĩa bồi tụ vật liệu không phù hợp và các tia năng lượng cao kéo dài từ các cực của nó. (Ảnh: Trung tâm hàng không vũ trụ Nasa).

Đó là một ứng dụng đáng chú ý của các định luật của Newton và trong khi khái niệm hiện đại về một lỗ đen khác biệt theo nhiều cách so với của Clark, ông đã có ý tưởng đúng đắn.

Các phương trình tương đối của Einstein đã tiên đoán sự tồn tại không thể tránh khỏi của các lỗ đen vào năm 1915, mặc dù ban đầu nhà vật lý nổi tiếng này không tin những vật thể như vậy có thể là có thật. Nhưng vào năm 1916, nhà thiên văn học người Đức Karl Schwarzschild đã tính toán một giải pháp chính xác cho các phương trình của Einstein cho thấy các lỗ đen có thể hình thành như thế nào.

May mắn thay, những ngôi sao như mặt trời quá nhỏ để trở thành hố đen. Nhưng nhiều ngôi sao lớn hơn phải đối mặt với số phận đen tối đó.

Các ngôi sao tỏa sáng bằng cách cân bằng lực bên ngoài của năng lượng nhiệt hạch được tạo ra trong lõi của chúng với lực hấp dẫn bên trong. Miễn là lõi của một ngôi sao có đủ nguyên liệu thô để hỗ trợ phản ứng tổng hợp hạt nhân, nó tồn tại ở trạng thái ổn định "cân bằng thủy tĩnh".

Mặt trời của trái đất chuyển đổi khoảng 600 triệu tấn hydro thành helium mỗi giây và đã làm như vậy trong khoảng năm tỷ năm. Nó có đủ nhiên liệu để tiếp tục đốt, các nhà khoa học ước tính, trong khoảng năm tỷ năm nữa.

Nhưng cuối cùng nó sẽ tiêu thụ hết nhiên liệu của nó, và phản ứng tổng hợp sẽ dừng lại. Và không có gì để bù lại lực hấp dẫn bên trong, lõi của ngôi sao sẽ sụp đổ. Đối với các ngôi sao nhỏ hơn như mặt trời, sự sụp đổ bị dừng lại bởi hiệu ứng lượng tử, tạo ra một ngôi sao lùn trắng nhỏ gọn có kích thước của một hành tinh nhỏ, từ từ nguội dần trong hàng tỷ năm.

Đối với các ngôi sao lớn hơn, với lõi từ khoảng 1,4 đến 3 lần khối lượng mặt trời, lực hấp dẫn vượt qua cả các hiệu ứng cơ học lượng tử tạo ra các sao lùn trắng. Sự sụp đổ lõi tiếp tục đến mức các electron bị buộc bên trong hạt nhân nguyên tử, hợp nhất với các proton để tạo thành một ngôi sao neutron. Trong quá trình đó, ngôi sao ban đầu bị thổi bay trong vụ nổ siêu tân tinh titanic.

Sao neutron là những cơ quan dày đặc nhất trong vũ trụ, nhồi nhét hơn hai lần khối lượng của mặt trời của trái đất thành một cơ thể ít hơn 10 dặm.

Nhưng các lỗ đen làm lu mờ ngay cả các ngôi sao neutron trong thời trang khó hiểu. Đối với những ngôi sao thực sự to lớn, có đủ lực hấp dẫn để vượt qua tất cả các lực hạt nhân đã biết và sự sụp đổ lõi tiến đến điểm nó biến mất khỏi vũ trụ hữu hình, không để lại gì ngoài một "giếng trọng lực" tập trung cực lớn của không gian bị biến dạng sâu sắc.

Khối lượng của lỗ đen xác định kích thước của chân trời sự kiện của nó, khu vực mà không có gì, thậm chí không có ánh sáng, có thể thoát ra. Nếu một photon, hạt bụi - hoặc tàu vũ trụ - vượt qua chân trời sự kiện, nó sẽ mãi mãi bị mất vào vũ trụ. Không có gì có thể thoát khỏi nanh vuốt hấp dẫn của một lỗ đen.

Hố đen vũ trụ được Google ghi nhận được hình dung như thế nào? - Ảnh 3.

Dự đoán lý thuyết cho thấy bóng của lỗ đen trung tâm của Dải Ngân hà.

Theo định nghĩa, lỗ đen là vô hình. Nhưng chúng có thể được phát hiện bởi bức xạ truyền vào không gian từ các hạt khí và bụi bị hút vào. Khi vật chất đó tiến đến chân trời sự kiện, nó được gia tốc lên vận tốc cực lớn và khi các hạt chen vào nhau, nhiệt - và bức xạ năng lượng cao - được tạo ra.

Bức xạ đó có thể được phát hiện và phân tích để thu thập những hiểu biết sâu sắc về bản chất của lỗ đen gây ra nó. Đối với các lỗ đen siêu lớn như một lõi ở dải Ngân hà, các hiệu ứng hấp dẫn đối với các ngôi sao và đám mây khí gần đó cũng có thể được phát hiện.

Bằng cách theo dõi chuyển động của các ngôi sao rất gần Sgr A * và cắm các con số vào phương trình trọng lực của Newton, các nhà khoa học đã kết luận lời giải thích duy nhất là một khối lượng vô hình có tổng cộng hơn bốn triệu lần so với mặt trời.

Các lỗ đen siêu lớn tích cực tiêu thụ các ngôi sao và các vật liệu khác trong môi trường trực tiếp của chúng được gọi là các quasar hay nói chung hơn là các hạt nhân thiên hà hoạt động.

Hình dung một lỗ đen siêu lớn

Thông báo được chờ đợi từ lâu đã được đưa ra đồng thời tại nhiều cuộc họp báo trên toàn thế giới bởi các nhà khoa học tham gia dự án Kính viễn vọng chân trời. Quy mô của sự kiện gợi nhớ đến những thông báo xung quanh việc phát hiện ra hạt Higgs và phát hiện đầu tiên về sóng hấp dẫn.

Hố đen vũ trụ được Google ghi nhận được hình dung như thế nào? - Ảnh 4.

Google đưa hình ảnh đầu tiên hố đen vũ trụ mới được phát hiện.

Mạng lưới các món ăn vô tuyến toàn cầu, đồng hồ nguyên tử và máy tính tạo thành Kính viễn vọng Chân trời Sự kiện cũng dự kiến sẽ hình ảnh Sagittarius A *, hay gọi tắt là lỗ đen siêu lớn ở trung tâm Dải Ngân hà.

Không giống như con thú cung cấp năng lượng cho M-87, Sgr A * là một lỗ đen khối lượng tương đối 4,3 triệu khối lượng mặt trời tương đối lấp đầy một thể tích nhỏ hơn hệ mặt trời của Trái đất. Nó nằm cách lõi thiên hà 26.000 năm ánh sáng, tạo ra hiệu ứng hấp dẫn to lớn có thể nhìn thấy trong chuyển động của các ngôi sao gần đó.

Những chuyển động đó ở lõi của thiên hà đã được nghiên cứu trong nhiều năm, cung cấp khối lượng của lỗ hổng cùng với những hiểu biết khác, nhưng không ai thực sự nhìn thấy lỗ đen.

"Sgr A * cũng là một mục tiêu rất thú vị," Doeleman nói. "Chúng tôi sẽ có thể giải quyết nó. M-87 là nguồn đầu tiên chúng tôi bắt chước. ... Chúng tôi rất hào hứng khi làm việc trên Sgr A *. Chúng tôi không hứa hẹn bất cứ điều gì, nhưng chúng tôi hy vọng sẽ sớm có được điều đó."

Trong khi theo định nghĩa, không thể nhìn thấy các lỗ đen, bức xạ do khí và bụi tạo ra khi vật chất bị hút vào với vận tốc cực lớn và được nung nóng đến nhiệt độ cực cao có thể nhìn thấy qua nhiều bước sóng.

Hình ảnh M-87 là hình ảnh trực tiếp đầu tiên của lỗ đen siêu lớn, hay đúng hơn là bóng của chân trời sự kiện, ranh giới xác định nơi vũ trụ bình thường kết thúc và không thể biết bắt đầu. Bất cứ điều gì vượt qua chân trời sự kiện, có thể là một photon, hạt nguyên tử hoặc phi hành gia, sẽ mãi mãi bị mất vào vũ trụ được biết đến.

Theo Đời sống & Pháp lý

 
chọn