Ảnh chụp đầu tiên của lỗ đen sẽ được công bố trong tuần này

Bạn sẽ thấy gì nếu nhìn thẳng vào trái tim tăm tối của thiên hà của chúng ta? Chúng ta sắp trả lời được câu hỏi này. Đội nghiên cứu tại Kính thiên văn Chân trời Sự kiện (EHT) – một mạng lưới kính thiên văn trên khắp địa cầu phối hợp với nhau để tạo ra ảnh chụp của một lỗ đen – sắp công bố những kết quả đầu tiên vào ngày 10 tháng Tư 2019.

Chụp ảnh của các lỗ đen thật không đơn giản bởi lẽ chúng không phát ra hay phản xạ chút ánh sáng nào. Vậy thì, cái chúng ta sắp nhìn thấy là gì? “Họ đang cố gắng thu lấy hình ảnh cái bóng của lỗ đen,” phát biểu của Avi Loeb tại Đại học Harvard. Các lỗ đen được bao quanh bởi đĩa vật chất phát sáng rực rỡ khi nó rơi miệng chúng, và một phần vật chất này sẽ bị che khuất bởi chính lỗ đen đó.

“Nó rất khác với bóng đổ bởi một vật thể mờ đục bởi lẽ lỗ đen không mờ đục, mà nó đang hấp thụ ánh sáng,” Loeb nói. “Do đó, chúng ta sẽ thấy một vùng tối bên trong, bao quanh bởi một vành sáng trông tựa như trăng lưỡi liềm.”

Hình dạng lưỡi liềm đó đã được dự đoán bởi thuyết tương đối hẹp của Albert Einstein, lí thuyết nói rằng vật chất chuyển động về phía chúng ta sẽ trông sáng hơn và bất cứ thứ gì chuyển động ra xa sẽ bị mờ đi. Chúng ta cũng sẽ nhìn thấy các hiệu ứng của lực hấp dẫn cực lớn của lỗ đen, ở dạng hội tụ do hấp dẫn có thể làm bẻ cong ánh sáng khi nó đi qua ở cự li gần.

Ảnh minh họa một lỗ đen

EHT đang nhắm tới hai lỗ đen lớn nhất trên bầu trời, từ góc nhìn của chúng ta. Thứ nhất là Sagittarius A*, siêu lỗ đen tại tâm của Ngân Hà, còn thứ hai là một lỗ đen lớn hơn nữa thuộc thiên hà Messier 87, tìm thấy trong chòm sao Virgo.

Tuy vậy, các ảnh chụp EHT sẽ cực kì nhỏ. Heino Felcke, một nhà thiên văn làm việc với dự án EHT cho biết, theo dự đoán thì cái bóng Sagittarius A* sẽ rộng khoảng 50 micro giây cung. Một micro giây cung là khoảng bằng kích cỡ dấu chấm cuối câu này, nếu nhìn từ cự li xa như mặt trăng.

Theo Loeb, độ phân giải của EHT tối đa là 20 micro giây cung. Điều đó có nghĩa là chúng ta sẽ chỉ nhìn thấy một hình ảnh rất nhòe nhoẹt của hai lỗ đen trên – nó sẽ không giống chút nào với các ảnh minh họa như trong phim, hay như hình minh họa ở trên.

“Hóa ra chúng ta cứ nghĩ một lỗ đen sẽ đồ sộ lắm, đặc biệt cái chúng ta gọi là siêu lỗ đen, song thật ra chúng rất nhỏ trên bầu trời,” phát biểu của Dan Marrone, một nhà thiên văn vật lí khác làm việc với EHT. “Chúng ta cần chiếc kính thiên văn kích cỡ bằng Trái Đất.”

Đó là lí do EHT không chỉ là một kính thiên văn, mà gồm nhiều kính thiên văn trên khắp thế giới đồng bộ với nhau để thu thập dữ liệu cùng lúc và ở cùng bước sóng. Dữ liệu sắp công bố vào ngày 10 tháng Tư là thu từ năm 2017, nó bao gồm các kính thiên văn vô tuyến ở Mĩ, Chile, Tây Ban Nha, Mexico, và Nam Cực.

Các hình ảnh và dữ liệu mà nỗ lực này mang lại sẽ có thể giúp chúng ta trả lời một số câu hỏi quan trọng nhất trong vật lí học. Trước tiên, chúng ta sẽ có hình ảnh đầu tiên của môi trường xung quanh một lỗ đen, nó có thể giúp xác định xem các lí thuyết của chúng ta về cấu trúc của chúng có đúng hay không.

“Kể từ đầu thập niên 1970, người ta đã cố gắng lập mô phỏng cách chất khí bồi tụ lên trên một lỗ đen và có rất nhiều sai số,” Loeb nói. Trong số đó có các từ trường xung quanh một lỗ đen, nó có thể giữ vai trò trong việc hình thành các vòi vật chất giống như vòi vật chất phát ra từ M87. Những dòng bức xạ và hạt tích điện này hình thành từ đĩa vật chất xung quanh lỗ đen và chuyển động ở gần tốc độ ánh sáng, nhưng chúng ta chưa nắm chắc chúng được hình thành như thế nào.

Chúng ta cũng sẽ có một ý tưởng tốt hơn xem các lỗ đen có hành xử như thuyết tương đối rộng của Einstein dự đoán hay không. “Nếu tôi là một kẻ ham cá cược, thì tôi sẽ phán rằng các kết quả sẽ không mâu thuẫn với thuyết tương đối rộng,” phát biểu của Samir Mathur tại Đại học Bang Ohio.

Chân trời sự kiện của lỗ đen là đường ranh tiền phương của chiến trường giữa cơ học lượng tử và thuyết tương đối rộng – các lí thuyết của chúng ta không thống nhất với nhau về cái xảy ra ở đó. Mathur cho biết dữ liệu mới này sẽ không có khả năng làm rõ vấn đề, vì ánh sáng EHT nhìn thấy không đến từ chân trời sự kiện, mà hơi lệch ra ngoài – ánh sáng đúng ngay tại chân trời sẽ bị lỗ đen nuốt chửng.

Tuy nhiên, ảnh chụp của lỗ đen sẽ là một thành tựu lớn, dù rằng nó thật sự chẳng có gì bất ngờ. “Chúng ta đã kiểm tra thuyết tương đối rộng trong các môi trường này với sóng hấp dẫn, và các kết quả ăn khớp tuyệt vời với cái chúng ta trông đợi. Nhưng trong trường hợp này chúng ta sẽ nhìn thấy nó, và thấy là tin thôi,” Loeb nói.

Nguồn: New Scientist