Sự thật về những bức ảnh hố đen vũ trụ đầu tiên

Mới ngày hôm qua thôi (10/4/2019), nhân loại đã được chứng kiến một phép màu thực sự của lịch sử loài người nói chung và ngành thiên văn học nói riêng và, khi mà lần đầu tiên con người đã có thể quan sát được một hố đen sau hàng thập kỉ đi tìm giải pháp.

Giáo sư Sheperd Doeleman – Giám đốc dự án kính viễn vọng chân trời sự kiện (Event Horizon Telescope – EHT) phát biểu: “Chúng ta đã đạt được thành tựu mà cách đây một thế hệ, ta từng nghĩ là bất khả thi”

Vậy hố đen thực chất là gì và tại sao phải đến tận hôm nay các nhà khoa học mới có thể “chụp ảnh” được nó?… Chúng ta hãy cùng tìm hiểu trong bài viết này

Khái niệm cơ bản về một hố đen

Khái niệm về hố đen vũ trụ đã từng tồn tại dưới dạng một giả thuyết trước các nhà khoa học chứng minh được nó thực sự tồn tại. Khái niệm này lần đầu tiên được biết đến như là một hệ quả của thuyết tương đối rộng, được nêu bởi Karl Schwarzschild khi ông tìm ra nghiệm chính xác đầu tiên cho phương trình trường Einstein, rằng: Khi một khối lượng vật chất đủ lớn nằm trong một không gian đủ nhỏ sẽ làm biến động không thời gian để trở thành một hố đen. Sự tồn tại của hố đen cũng là một trong những chủ đề gây tranh cãi nhiều nhất trong lịch sử loài người, thậm chí là những cuộc tranh cãi ấy vẫn tiếp diễn cho đến tận những ngày gần đây, trước khi những bức ảnh đầu tiên về hố đen được công bố bởi các nhà khoa học thuộc dự án Event Horizon Telescope (EHT hay Kính thiên văn chân trời sự kiện).

“Hố đen là một vùng không – thời gian có một trường hấp dẫn mạnh đến mức không có vật chất nói chung chiếm khối lượng và không gian nhất định hoặc bức xạ và ánh sáng nào có thể thoát ra ngoài” – Theo wikipedia.

Hố đen được gọi là hố đen vì nó hấp thụ hết mọi bức xạ, ánh sáng và vật chất, tạo thành một vùng đen một cách tuyệt đối.

Sự hình thành của hố đen

Vì khái niệm về sự hình thành của hố đen là một phạm trù mang tính chuyên môn cao và sẽ rất khó hiểu cho những bạn đọc lần đầu tiếp cận cho nên người viết xin được diễn giải theo cách dễ hiểu như sau:

• Mọi vật có khối lượng đều có một lực kéo chúng lại gần nhau, lực này tỉ lệ thuận với khối lượng và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách (định luật vạn vật hấp dẫn).
• Khi một khối lượng vật chất đủ lớn bằng một cách nào đó được nén chặt trong một không gian đủ nhỏ, nhỏ đến mức lực hấp dẫn giữa các hạt vật chất mạnh đến mức lớn hơn lực mà chúng đẩy nhau ra xa, thì chúng sẽ tự hút vào nhau, tự nén đến mức vô hạn, từ đó tạo ra lực hấp dẫn mạnh đến mức không một thứ gì có khối lượng hoặc bức xạ và ánh sáng có thể thoát ra ngoài. Và đây chính là sự hình thành của một hố đen.
• Trên lý thuyết, một hố đen thường được hình thành từ sự sụp đổ của một ngôi sao có khối lượng rất lớn trong giai đoạn cuối của quá trình tiến hóa sao, khi “nó” đã hết năng lượng và “chết”.
• Với lực hấp dẫn khủng khiếp, hố đen sẽ không ngừng “nuốt” mọi thứ vật chất vào bên trong và liên tục mở rộng quy mô dựa trên khối lượng vật chất mà nó “nuốt” được.

Vì sao đến tận hôm nay chúng ta mới “chụp ảnh” được hố đen?

“Biên giới” của một hố đen là một mặt xác định bởi phương trình toán học gọi là chân trời sự kiện, đây là ranh giới mà không một thứ vật chất hay bức xạ, ánh sáng nào có thể thoát ra khỏi trường lực hấp dẫn của hố đen. Cho nên mọi thông tin, sự kiện phía sau chân trời sự kiện đều không thể nào quan sát được từ bên ngoài.

Chính vì thế, chúng ta không thể “chụp ảnh” một hố đen như đối với các đối tượng thông thường trong vũ trụ. Mọi thông tin chúng ta biết về hố đen ngày hôm nay đều thu được bằng những phương pháp gián tiếp và sự suy luận logic của các nhà khoa học, Thậm chí bức ảnh đầu tiên về hố đen mà chúng ta nói đến ngày hôm nay thực chất chỉ là cái “bóng” của nó mà thôi.

Những bức ảnh chụp hố đen đầu tiên đã được chụp như thế nào?

Như đã nói ở trên, bức ảnh đầu tiên về hố đen không phải là một bức ảnh “chụp” mà là một bức ảnh ghi lại những chùm sáng và bức xạ đã đi qua ranh giới của vùng chân trời sự kiện của hố đen và đến thẳng đến trái đất, làm nổi bật lên hình dạng của vùng chân trời sự kiện của hố đen và cung cấp cho nhân loại bằng chứng hình ảnh đầu tiên về thực thể bí ẩn này.

Bức ảnh này là một trong những thành tựu khoa học quan trọng nhất trong thế kỉ 21, góp phần cung cấp cho nhân loại cái nhìn khách quan về vũ trụ bao la. Và để có được bức ảnh này thì các nhà khoa học hàng đầu thế giới đã phải nghiên cứu trong nhiều năm để tìm ra một phương pháp như sau:

Đầu tiên, hơn 200 nhà khoa học từ dự án Event Horizon Telescope (EHT) đã dùng 8 hệ thống đài quan sát vô tuyến đặt ở nhiều nơi trên thế giới, gồm:

• ALMA – Chile
• APEX – Chile
• SMA – Hawaii (Mỹ)
• JCMT – Hawaii (Mỹ)
• PV – Tây ban nha
• SMT – Arizona (Mỹ)
• LMT – Mexico
• SPT – Nam cực

Mục tiêu là hố đen siêu khổng lồ nằm ở trung tâm thiên hà Messier 87 (còn gọi là M87,NGC 4486, Virgo A, Xử Nữ A). Đây cũng chính là hố đen trong bức ảnh về hố đen đầu tiên của nhân loại.

Mặc dù là một hố đen siêu khổng lồ, có khối lượng lớn gấp 6,5 tỉ lần mặt trời nhưng với khoảng cách 55 triệu năm ánh sáng, hố đen trung tâm của thiên hà M87 đã đặt ra một thách thức rất lớn đối với các nhà khoa học, nó yêu cầu một hệ thống kính viễn vọng có độ phân giải lớn hơn Kính thiên văn vũ trụ Hubble 1000 lần để có thể quan sát được.

Sự kết hợp của 8 hệ thống đài quan sát vô tuyến từ khắp nới trên thế giới đã tạo thành một thấu kính ảo có kích thước xấp xỉ trái đất, khoảng 10 000 km đường kính. 8 hệ thống này được đồng bộ một cách hoàn hảo với nhau thông qua đồng hồ nguyên tử để đảm bảo mức độ sai lệch về thời gian ở mức tối thiểu. Sau nhiều ngày quan sát, hệ thống này đã thu được một khối lượng dữ liệu khổng lồ.

Tất cả lượng dữ liệu từ 8 hệ thống đài quan sát sẽ được tổng hợp lại và xử lý bằng thuật toán đặc biệt để “vẽ” lại những hình ảnh đầu tiên về hố đen ở trung tâm thiên hà M87.

Bằng cách này, các nhà khoa học của dự án EHT đã cho chúng ta bức ảnh đầu tiên về một hố đen. Đánh dấu một trong những cột mốc vĩ đại nhất trong lịch sử ngành thiên văn học.

ông Sheperd Doeleman cũng nói: “Những đột phá trong công nghệ, sự kết nối giữa các đài quan sát vô tuyến tốt nhất thế giới và các thuật toán cải tiến, tất cả đã kết hợp với nhau để mở ra một cửa sổ hoàn toàn mới về các hố đen và chân trời sự kiện.

Bài viết có tham khảo thông tin từ nhiều nguồn