Con người đã lần đầu tiên chụp được hình ảnh hố đen sau bao nhiêu năm vật thể này vẫn là sự bí ẩn lớn trong vũ trụ, nhưng đó chỉ mới là bước đi đầu tiên trong cuộc hành trình dài hơn của chúng ta về khám phá vũ trụ.
Sau hai năm nghiên cứu, thu thập và phân tích dữ liệu, cũng như tạo ra các thuật toán để ghép nối hàng tấn dữ liệu lại với nhau và kiểm tra kết quả sau cùng, nhóm các nhà khoa học ở dự án Kính thiên văn Chân trời Sự kiện đầy tham vọng đã công bố thành quả lao động của họ: hình ảnh chụp trực tiếp đầu tiên của loài người về một hố đen.
“Đây là một ngày trọng đại của ngành vật lý thiên văn, chúng ta đã nhìn thấy thứ mà ta vẫn nghĩ sẽ không thể nhìn thấy. Hố đen đã kích thích óc tò mò của chúng ta trong suốt nhiều thập niên bằng những tính chất lạ thường và bí ẩn vượt xa sự hiểu biết của chúng ta”, France Córdova, giám đốc Quỹ Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ cho biết.
Kính thiên văn Chân trời Sự kiện là một dạng kính thiên văn mảng chuỗi giống như trong hình ảnh này, nhưng khác là các đài quan sát của nó nằm rải rác khắp nơi trên thế giới và tạo nên một kính thiên văn ảo có kích thước bằng Trái Đất. (Ảnh minh họa: sdecore/Shutterstock).
Hố đen chiếm mọi tâm điểm ánh nhìn trong những ngày này, được gọi với cái tên thân thuộc là M87*, nằm cách trung tâm của thiên hà khổng lồ Messier 87 khoảng 55 triệu năm ánh sáng gần khu vực cụm thiên hà Virgo. M87* có khối lượng xấp xỉ 6,5 tỷ lần so với Mặt Trời và có đường kính ước tính 39 tỷ km.
Để dễ hình dung, hãy biết rằng sẽ dễ dàng thế nào nếu đặt trọn vẹn Hệ Mặt Trời của chúng ta – Mặt Trời, 8 hành tinh cùng vô số những vật chất ở ngoài kia – lọt thỏm vào bên trong cơn ác mộng vũ trụ này.
“Có thể ví von rằng chúng ta đã nhìn thấy cánh cổng địa ngục cuối cùng của không-thời gian", nhà vật lý thiên văn Heino Falcke nghiên cứu tại Đại học Radboud ở Nijmegen cho biết trong buổi họp báo công bố hình ảnh hố đen tại Brussels, Bỉ.
Gây ấn tượng mạnh mẽ bằng hình ảnh hố đen đầu tiên của nhân loại, giờ đây khi đã được ghi tên vào lịch sử, Kính thiên văn Chân trời Sự kiện (EHT) sẽ thực hiện những sứ mệnh lớn lao nào tiếp theo?
Hình ảnh đầu tiên của nhân loại chụp chân trời sự kiện quanh hố đen M87*. (Ảnh: National Science Foundation).
EHT là một kính thiên văn lớn có kích cỡ tương đương một hành tinh. Không phải kính được xây dựng to lớn như vậy trong thực tế, mà nó được kết nối lại với nhau từ những đài quan sát ở khắp nơi trên thế giới. Quy mô khổng lồ của nó khiến 200 nhà khoa học phải làm việc cùng lúc mới có thể điều khiển và tinh chỉnh được nó.
Năm 2017, trong suốt 5 ngày quan sát M87*, EHT đã sử dụng cùng lúc 8 đài quan sát vô tuyến nằm rải rác từ Châu Nam Cực đến lục địa Nam Mỹ. Một kính thiên văn vô tuyến khác ở Greenland và ở đỉnh núi phía nam Arizona đã tham gia dự án vào năm 2018, nâng con số này lên 10.
“Với số lượng các đài quan sát tham gia vào dự án càng nhiều, độ chính xác của hình ảnh thu nhận được sẽ càng cao. Mức độ "lấp đầy" càng tăng giúp kính thiên văn ảo mà chúng tôi vẫn hằng xây dựng ngày càng lớn hơn”, Shepard Doeleman, giám đốc dự án EHT cho biết tại buổi họp báo.
Ngoài ra, chúng ta còn một hố đen siêu khổng lồ khác chưa được khám phá, được gọi là Sagittarius A* (Sgr A*), nằm tại trung tâm của Ngân Hà. Khi các nhà khoa học lên ý tưởng về việc chụp hình hố đen, họ đã tập trung vào Sgr A* nằm cách xa hành tinh của chúng ta chỉ khoảng 26.000 năm ánh sáng.
Lóe sáng bất thường từ hố đen Sgr A* được phát ra ở dạng tia X được ghi nhận lại. (Ảnh: NASA).
“Hóa ra, hình ảnh hố đen đầu tiên của chúng ta là ở một thiên hà cách xa hàng chục triệu năm ánh sáng. M87* cách xa rất nhiều so với Sgr A* nhưng cũng to hơn đến 15.000 lần, do đó kích thước của chân trời sự kiện quanh hai hố đen đều rất dễ quan sát được.
Bởi vì M87* rất nặng nên thời gian để khí di chuyển quanh hố đen cũng lâu hơn nhiều so với Sgr A*. Đối với Sgr A*, thời gian để khí di chuyển quanh chân trời sự kiện trước khi vào hố đen chỉ có vài phút, vì vậy chúng ta khó nắm bắt được hình ảnh của nó hơn”, Freek Roelofs, thành viên nhóm nghiên cứu cho biết.
Ngoài ra, Sgr A* cũng có nhiều vấn đề khiến chúng ta khó quan sát nó một cách rõ ràng. Bởi vì Sgr A* nằm sâu bên trong phần lõi của Ngân Hà, nên có rất nhiều khí bụi ở dọc đường từ chúng ta đến nó, khiến hình ảnh trở nên bị mờ nhòe và gây ảnh hưởng xấu đến tính chính xác của kết quả.
Tuy vậy, Sgr A* vẫn là một mục tiêu không thể bỏ lỡ, và đây cũng là cột mốc tiếp theo mà giới khoa học muốn đạt được. “Khi chúng tôi thu nhận được kết quả cuối cùng của M87*, chúng tôi đã rất nóng lòng muốn áp dụng phương pháp này cho Sgr A* và hiện đã bắt tay vào để sớm chụp được hình ảnh của hố đen này”, Roelofs chia sẻ.
Kính thiên văn vô tuyến APEX nằm ở độ cao 5.100 mét so với mực nước biển ở hoang mạc Atacama, Chile là một kính thiên văn thành viên thuộc dự án EHT. (Ảnh: ESO/B. Tafreshi/TWAN/Wikimedia Commons).
Việc tinh chỉnh và bổ sung thêm nhiều đài quan sát vào dự án EHT cho phép nhóm nghiên cứu sẽ sớm chụp được hình ảnh của Sgr A* hay hình ảnh rõ nét hơn của M87*. Thay vì bước sóng 1 mm như hiện tại, các nhà nghiên cứu dự định sẽ thu thập dữ liệu ở tần số 0,87 mm.
“Nghe có vẻ sự thay đổi này không khác biệt bao nhiêu, nhưng nó ảnh hưởng rất nhiều đến độ phân giải ở hình ảnh sau cùng, rõ nét hơn đến 30%”, giám đốc Doeleman cho biết. Ngoài chụp ảnh, các nhà thiên văn cũng muốn biết được các tính chất của hố đen Sgr A*, tốc độ quay của nó và thay đổi ra sao theo thời gian.
“Những bộ phim khoa học giả tưởng hiện tại vẫn xây dựng hình ảnh những hố đen một cách rất mơ hồ. Hãy trông chờ những bộ phim được dựng từ dữ liệu thực tế trong vài năm tới mà kết quả đang được chúng tôi thực hiện vào lúc này”, Doeleman chia sẻ.
Các đài quan sát trên khắp thế giới thuộc dự án Kính thiên văn Chân trời Sự kiện. (Ảnh: Wikimedia).
Xa hơn nữa trong tương lai, EHT dự kiến sẽ "kết nạp" những kính thiên văn hiện đang bay quanh quỹ đạo Trái Đất, những kính thiên văn này có lợi thế là không bị bầu khí quyển Trái Đất gây cản trở.
“Ý tưởng về việc phóng vệ tinh vào không gian và cho chúng quan sát các hố đen trong thời gian suốt một tháng sẽ tạo ra hình ảnh có độ phân giải cao gấp 5 lần so với những đài quan sát từ Trái Đất có thể chụp được. Từ không gian, ta có thể quan sát ở các tần số vô tuyến cao mà không lo bị trở ngại từ hơi nước trong bầu khí quyển”, Roelofs trình bày.