Nhóm các nhà khoa học tới từ Trung tâm Vật lý Thiên văn Harvard & Smithsonian đã lần thứ hai cung cấp cho nhân loại tấm ảnh lỗ đen vũ trụ. Đặc biệt hơn lần trước, tấm ảnh mới mô tả lỗ đen khổng lồ nằm giữa Dải Ngân hà thân thương.
Tấm ảnh mới được chụp bởi Kính viễn vọng Chân trời Sự kiện (Event Horizon Telescope - EHT), đây cũng là thiết bị đã hoàn thiện tấm ảnh lỗ đen đầu tiên của nhân loại hồi năm 2019. Nhóm nghiên cứu cùng lúc để mắt tới cả hai thiên thể khổng lồ, nhưng bản chất phức tạp của nghiên cứu khiến họ phải lần lượt thực hiện hai dự án.
“Đây là lỗ đen siêu khổng lồ của chúng ta. Đây chính là trung tâm của khu vực ta sống”, Peter Galison, giám đốc dự án nghiên cứu lỗ đen của Harvard và thành viên nhóm điều khiển EHT cho hay.
Tấm ảnh lỗ đen thứ hai của nhân loại.
Thiên thể trong ảnh là Sagittarius A, và cũng có vẻ ngoài tương tự với lỗ đen của thiên hà Messier 87 đã từng được chụp trước đây. Cả hai tấm ảnh đều cho thấy một quầng sáng nóng đỏ, là số vật chất đang bay xung quanh một lỗ đen có thể hút được cả ánh sáng, thông qua lực hấp dẫn mạnh vô địch.
Tấm ảnh mới khẳng định sự tồn tại của lỗ đen khổng lồ nằm tại trung tâm Dải Ngân hà, cách chúng ta 27.000 năm ánh sáng. Nó củng cố những giả thuyết cho rằng những thiên thể khổng lồ này tồn tại ở trung tâm các thiên hà, đồng thời giúp chúng ta giải thích cách thức các thiên hà hình thành.
“Một lần nhìn thấy cái vòng sáng bao quanh màn đen là đã tuyệt vời lắm rồi, nhưng giờ đã thấy lần thứ hai, chúng tôi bắt đầu tự tin khẳng định trung tâm thiên hà chứa những lỗ đen khổng lồ, gấp khối lượng Mặt Trời hàng triệu hay thậm chí hàng tỷ lần”, ông Galison cho hay.
Một phần hệ thống EHT.
Các nhà nghiên cứu “chụp” được tấm ảnh bằng Kính viễn vọng Chân trời Sự kiện, là một mạng lưới các thiết bị vô tuyến kết nối trên phạm vi toàn cầu, biến Trái Đất thành một thiết bị quan sát có một không hai. Tháng 4/2017, bằng tám đài quan sát vô tuyến đặt trên 6 đỉnh núi của 5 lục địa, các nhà thiên văn học liên tục quan sát cặp lỗ đen trong suốt 10 ngày; một nằm tại trung tâm thiên hà dạng elip Messier 87 (M87), và một là Sagittarius A (Sgr A*) nằm giữa Dải Ngân hà.
Từ số dữ liệu lớn, thuật toán của siêu máy tính phân tích chỉ số có nghĩa và tạo ra hình ảnh của lỗ đen của thiên hà M87. Sau khi có được tấm ảnh đầu tiên của lỗ đen vũ trụ vào năm 2019, các nhà khoa học mới có thể tập trung vào nghiên cứu Sgr A*.
“So với M87 là một trong những lỗ đen lớn nhất vũ trụ ta đang biết, lại còn phóng ra một tia vật chất xuyên qua toàn bộ thiên hà của nó, Sgr A* lại đem đến góc nhìn vào một lỗ đen cơ bản, im ắng và nhu mì”, nhà vật lý thiên văn thuộc nhóm điều hành Kính viễn vọng Chân trời Sự kiện Michael Johnson nhận định.
Mô hình giả lập của M87 và Sgr A*, ta có thể thấy vật chất bay quanh Sgr A* di chuyển cực nhanh (bằng tốc độ ánh sáng) do kích cỡ nhỏ của hố đen.
Thông qua việc so sánh hai hình ảnh, nhóm nghiên cứu có thể luận ra cơ chế hoạt động của lỗ đen, tìm hiểu cách chúng tương tác với không gian xung quanh, bên cạnh đó xác định vai trò của lỗ đen siêu khổng lồ trong việc hình thành và duy trì một thiên hà.
Để mô tả khác biệt giữa hai lỗ đen, cô Sara Issaoun công tác tại NASA so sánh lỗ đen của M87 với một người trưởng thành đang ngồi im một chỗ và chờ được chụp ảnh. Trong khi đó, Sgr A* là một cậu nhóc chạy quanh, trong khi nhiếp ảnh gia chụp phơi sáng. Điều đó khiến tấm ảnh thành phẩm sẽ chứa nhiều vệt mờ. Chưa hết, EHT sẽ còn phải nhìn xuyên qua một khoảng trời thập cẩm những bụi và khí, vốn làm cho ánh sáng phân tán trong không gian.
Đối mặt với quá nhiều thử thách, nhóm điều hành EHT quyết định lần lượt nghiên cứu từng lỗ đen. Họ kiên nhẫn sử dụng các phương pháp tính toán để tạo ra hàng ngàn tấm ảnh, rồi gộp chúng lại thành sản phẩm cuối cùng. Nhóm đã phải làm việc này tới hai lần với hai lỗ đen, và tấm ảnh mới nhất là kết quả của nỗ lực không biết mệt mỏi.
Chặng đường nghiên cứu vẫn còn dài. Nhóm các nhà khoa học đang lên kế hoạch cho ngEHT, là Kính viễn vọng Chân trời Sự kiện Thế hệ Mới: đây sẽ là dàn thiết bị có thể quay phim được một lỗ đen. Thay vì một kính viễn vọng, nhân loại sẽ sở hữu một máy quay có quy mô hành tinh. Đến lúc đó, những đặc điểm bí ẩn nhất của lỗ đen sẽ dần hé lộ trong thước phim có độ phân giải cao.