Sau tiên đoán của Albert Einstein (1879-1955) về hố đen (lỗ đen) trong Thuyết Tương đối rộng cách đây 100 năm có lẻ, loài người cũng đã có bằng chứng về sự tồn tại của "quái vật vũ trụ" này.
Ngày 10/4/2019 đánh dấu một bước tiến quan trọng trong hành trình giải mã một trong những bí ẩn lớn nhất của vũ trụ: Lần đầu tiên trong lịch sử chúng ta có được bức ảnh đầu tiên chứng minh sự tồn tại của hố đen.
Ảnh: Internet
Nhờ thành tựu có 1-0-2 đầu thế kỷ 21 này, tập thể các tác giả bức ảnh hố đen đã vinh dự được nhận Giải thưởng đột phá (Breakthrough Prize) thuộc Quỹ Đột phá (Breakthrough Foundation) trị giá 3 triệu USD, The Guardian đưa tin hôm 5/9/2019.
Breakthrough Prize là giải thưởng thường niên dành cho các nhà khoa học thế giới có những nghiên cứu/phát hiện mang tính đột phá. Breakthrough Foundation là tổ chức được các tỷ phú công nghệ của Thung lũng Silicon, trong đó có Yuri Milner và Mark Zuckerberg, là nhà tài trợ.
Nhân dịp tập thể các tác giả của bức ảnh hố đen đầu tiên nhận được giải thưởng vật lý danh giá này, mời độc giả cùng tìm hiểu đôi nét về công trình lịch sử này.
1. Tác giả chụp hố đen là ai?
347 là tổng số nhà khoa học quốc tế thuộc Chương trình Quan sát hố đen siêu lớn ở trung tâm các thiên hà có tên Kính thiên văn Chân trời Sự kiện (EHT). Đội ngũ các nhà vật lý, thiên văn học này chính là tác giả của bức ảnh hố đen công bố ngày 10/4/2019.
3 điểm đặc biệt của nhóm tác giả này là:
- Bức ảnh lần đầu tiên chụp được hố đen là công sức của hơn 10 năm dày công nghiên cứu của 347 nhà khoa học.
- Để chụp được hình ảnh hố đen khổng lồ này, các nhà khoa học phải kết hợp sức mạnh của 8 kính viễn vọng vô tuyến rải khắp thế giới. Thông qua việc sử dụng kỹ thuật giao thoa với đường cơ sở rất dài, nhóm tác giả mới có thể tạo thành một mạng lưới kính thiên văn khổng lồ có đường kính tương đương đường kính Trái Đất (12.742 km), nhờ đó mới "bắt gọn được quái vật vũ trụ" này.
Kết hợp sức mạnh của 8 kính viễn vọng vô tuyến rải khắp thế giới, EHT mới săn được "quái vật vũ trụ". Nguồn: EHT
- Trên thực tế, dữ liệu hình ảnh hố đen được lấy từ năm 2017 nhưng các nhà khoa học đã phải mất 2 năm để GHÉP CÁC DỮ LIỆU HÌNH ẢNH lại với nhau từ 8 kính viễn vọng vô tuyến, rồi mới cho ra bức hình đi vào lịch sử như EHT công bố ngày 10/4/2919.
Như vậy, với tổng giải thưởng 3 triệu USD, mỗi thành viên của EHT sẽ nhận được số tiền là 8.600 USD.
2. Con "quái vật vũ trụ" này trông thế nào?
Nằm cách Trái Đất 55 triệu năm ánh sáng, hố đen siêu lớn này nằm giữa trung tâm thiên hà Messier 87 thuộc chòm sao Xử Nữ. Messier 87 (viết tắt là M87) còn có các tên khác là Virgo A, hoặc NGC 4486.
Hố đen của M87 là một "con quái vật vũ trụ" thực sự với các "chỉ số khủng" sau đây:
- Nó có khối lượng gấp 6,5 tỷ lần Mặt Trời, kích thước gần bằng thiên hà của chúng ta (Dải Ngân hà).
- Bán kính chân trời sự kiện của nó bằng 20 tỷ km, gấp 3 lần khoảng cách từ Mặt Trời đến sao Diêm Vương.
- Hố đen của M87 gấp 1.500 lần so với hố đen Sagittarius A* (được cho là nằm giữa trung tâm Dải Ngân hà).
Hình ảnh hố đen do kính EHT chụp được, được các nhà khoa học cung cấp hôm 10/4/2019. Nguồn: EHT collaboration
3. Bài toán - Lời giải
- Bài toán: Sinh ra từ cái chết của một ngôi sao khổng lồ, bản chất hố đen là thứ không thể nhìn thấy bởi chúng là một vùng không-thời gian có trường hấp dẫn cực kỳ mạnh.
Do đó, việc quan sát và chụp hình hố đen sẽ không đơn thuần như việc các nhà thiên văn học quan sát ngôi sao và các vật thể khác trong không gian.
- Lời giải: Hố đen vô hình nhưng việc nó "nuốt" vật chất/năng lượng/ánh sáng trong vũ trụ khiến chúng "hiện hình".
Bằng cách này, tập thể các nhà khoa học đã quan sát được hố đen thông qua việc dựa vào nguồn bức xạ khổng lồ phát ra khi vật chất bị "quái vật" này nuốt chửng.
Kết hợp với việc sử dụng 8 kính viễn vọng vô tuyến rải khắp thế giới, cuối cùng, bài toán hóc búa đã được giải.
4. Ý nghĩa thế kỷ từ bức ảnh hố đen M87 của EHT
Để hiểu "cực phẩm" mà 347 nhà khoa học quốc tế đã tạo dựng được này, giới chuyên môn đã ví: Hố đen của M87 ở rất xa, và kỳ tích kỹ thuật đáng kinh ngạc này giống như việc cố gắng quan sát một vật thể có kích thước 1mm từ khoảng cách 13.000km!
The Conversation nhận định, bức ảnh đầu tiên về hố đen siêu lớn tại trung tâm thiên hà M87, cách Trái Đất 55 triệu năm ánh sáng, chứng minh một điều (theo một nghĩa nào đó), nhân loại đã quan sát được "thứ vô hình".
Giám đốc chương trình EHT - ông Shep Doeleman (ngoài cùng, bên trái) diễn thuyết về bức ảnh đầu tiên chụp hố đen ở M87 tại một cuộc họp báo ở Washington hồi tháng 4/2019. Ảnh: Pete Marovich/EPA
Công trình này hoàn toàn xứng đáng nhận giải Nobel, bởi nó không phải là một khám phá tình cờ mà là công sức của các bộ óc vĩ đại xuyên suốt chiều dài lịch sử khám phá khoa học của nhân loại.
Gồm:
- Nhà thiên văn học người Anh John Michell (1724-1793) là người đầu tiên trong lịch sử đưa ra ý tưởng về "sao tối" (ẩn tinh) trong vũ trụ năm 1783.
- Đầu những năm 1900, Thuyết tương đối của Einstein mô tả cấu trúc của không gian và thời gian trong một thực thể thống nhất gọi là không-thời gian.
- Năm 1916, Karl Schwarzschild (1873-1916, người Đức) và Johannes Droste (1886-1963, người Hà Lan) đã độc lập nhận ra rằng các phương trình trường Einstein(2) đưa ra cách giải quyết cho "điểm kỳ dị toán học" - một điểm không thể phân chia của khối lượng và khối lượng vô hạn.
- Hai thập kỷ 1920 và 1930, khi nghiên cứu về sự tiến hóa của một ngôi sao, giới vật lý hạt nhân nhận định: Trong giai đoạn cuối của quá trình tiến hóa sao, một ngôi sao sẽ kết thúc bằng một vụ nổ khổng lồ, dẫn đến "điểm kỳ dị".
- Bước sang thế kỷ 21: Sau những nghi ngờ về sự tồn tại của hố đen, cuối cùng EHT đã có được bức ảnh chứng minh sự tồn tại của chúng. Đồng thời chứng minh những dự đoán, nghiên cứu của các nhà khoa học tiên phong là đúng đắn.
5. Khoa học "ngủ quên trên chiến thắng"?
Dĩ nhiên không! Bản chất của chúng ta là tò mò và ham học hỏi. Thành tích chụp được hố đen của M87 mới chỉ là bước khởi đầu cho một hành trình rất dài phía trước trong việc giải mã hàng loạt bí ẩn nữa của hố đen.
Thạm vọng của các nhà thiên văn học tiếp theo là:
- Chụp lại hố đen ở M87 rõ nét hơn
- Quan sát hố đen khổng lồ ngay trong Dải Ngân hà - hố đen Sagittarius A* (khối lượng gấp 4 triệu lần Mặt Trời).
- Nâng cấp hệ thống kính viễn vọng trên toàn cầu để giải mã thêm bí ẩn về hố đen.
Theo tin tức vũ trụ mới nhất, kính thiên văn vô tuyến lớn nhất thế giới ALMA đặt tại sa mạc miền bắc Chile, vừa quan sát được một hố đen siêu lớn nằm ngay trung tâm thiên hà NGC 3258, cách Trái Đất khoảng 100 triệu năm ánh sáng. Hố đen này có khối lượng gấp 2,25 tỷ khối lượng Mặt Trời.
Đối với các nhà khoa học, hố đen là vật thể vừa bí ẩn vừa đáng sợ nhưng lại ẩn chứa khát khao thông hiểu của loài người nhất trong vũ trụ. Và hành trình ấy mới chỉ bắt đầu...
Bài viết sử dụng nguồn: The Conversation, The Guardian
* Đọc bài cùng tác giả Trang Ly tại đây.