Sắp quan sát được hình ảnh "từng thống trị trí tưởng tượng của các nhà khoa học"

Một nhóm các thiên văn học quốc tế đã kết nối những kính thiên văn mạnh mẽ nhất trên Trái Đất lại với nhau, trong một nỗ lực nhằm quan sát được những hình ảnh đầu tiên về một hố đen.

Hố đen là một vùng không gian có lực hấp dẫn cực kỳ lớn ở bên trong nó, lực hút này mạnh đến nỗi không có thứ gì - thậm chí là ánh sáng - có thể thoát ra khỏi nó được.

Sự tồn tại của các hố đen được dự đoán bằng toán học bởi Karl Schwarzchild vào năm 1915, qua một phương trình được đưa ra trong khuôn khổ thuyết tương đối rộng của Albert Einstein.

Hình vẽ minh họa một hố đen làm bẻ cong ánh sáng của các ngôi sao nằm xung quanh nó. Ảnh: Ute Kraus/Wikimedia.

Các nhà thiên văn học đã có bằng chứng cho thấy rằng, các hố đen siêu lớn - lớn hơn Mặt Trời của chúng ta hàng triệu đến hàng tỷ lần - nằm ở trung tâm của các thiên hà khổng lồ.

Đó là bởi vì họ có thể nhận thấy lực hấp dẫn của chúng tác động lên các sao đang quay quanh tâm thiên hà. Khi chúng nuốt quá nhiều vật chất tại vùng tâm thiên hà, chúng ta sẽ phát hiện được chúng do quá trình do phun trào plasma ở tốc độ gần ánh sáng.

Năm ngoái, thí nghiệm của LIGO đã cung cấp thêm bằng chứng mới về vấn đề này, bằng cách phát hiện những gợn sóng trong thời gian-không gian được gây ra bởi hai hố đen kích cỡ trung bình đã sáp nhập từ hàng triệu năm trước, được gọi là sóng hấp dẫn.

Giờ đây khi chúng ta biết rằng thật sự có những hố đen tồn tại, các câu hỏi về nguồn gốc, sự phát triển và sự ảnh hưởng của chúng trong vũ trụ trở thành những câu hỏi hóc búa hàng đầu chờ các nhà khoa học giải đáp.

Sagittarius A*, một nguồn phát tín hiệu vô tuyến lớn ở trung tâm Ngân Hà, các nhà khoa học cho rằng nơi đây tồn tại một hố đen siêu khổng lồ. Ảnh: NASA.

Từ ngày 5 đến ngày 14.4.2017 tới đây, nhóm nghiên cứu làm việc tại Kính Viễn vọng Event Horizon hy vọng sẽ kiểm tra các lý thuyết vật lý cơ bản của hố đen bằng cách quan sát những hình ảnh đầu tiên về chân trời sự kiện của hố đen (một điểm trong lý thuyết cho rằng vật chất khi chạm đến đây sẽ không thể thoát ra).

Bằng cách kết nối những kính thiên văn vô tuyến lớn trên toàn cầu với nhau để tạo thành một kính viễn vọng có kích thước lớn như Trái Đất, các nhà khoa học sẽ nhìn vào trung tâm Ngân Hà của chúng ta, nơi được gọi là Sagittarius A* , có hố đen lớn gấp 4 triệu lần so với Mặt Trời của chúng ta đang ẩn náu.

Các nhà thiên văn học nhận thấy có một đĩa bụi và khí quay xung quanh hố đen. Ánh sáng từ đĩa vật chất này sẽ bị bóp méo trong trường hấp dẫn của hố đen. Độ sáng và màu sắc của nó cũng được dự kiến sẽ được thay đổi theo những cách dự đoán được.

Hệ thống kính viễn vọng toàn cầu gồm những kính thiên văn cá nhân và của những đài quan sát được đặt tại Nam Cực, Chile, Hawaii, Tây Ban Nha, Mexico và tiểu bang Arizona.

Kính viễn vọng ảo kiểu này đã được phát triển trong nhiều năm gần đây và công nghệ này đã được thử nghiệm. Tuy nhiên, các thí nghiệm ban đầu cho thấy độ nhạy cảm có giới hạn và độ phân giải không đủ lớn để khảo sát những hố đen.

Tuy nhiên, việc bổ sung các kính thiên văn mới và nhạy cảm hơn - bao gồm Kính thiên văn Mảng lớn Atacama ở Chile và Kính thiên văn Nam cực - sẽ cho mạng lưới kính viễn vọng ảo một sức mạnh cần thiết để làm việc này.

Hố đen chỉ là một nguồn phát nhỏ trên bầu trời, quan sát nó ở bước sóng quang học (ánh sáng mà chúng ta có thể nhìn thấy) là hoàn toàn không thể, do bị chặn bởi một lượng lớn bụi và khí.

Tuy nhiên, các kính thiên văn có độ phân giải lớn và quan sát lâu hơn qua các bước sóng vô tuyến có thể nhìn xuyên qua những lớp khí bụi dày đặc trong vũ trụ.

Bằng cách kết nối nhiều kính thiên văn, kính viễn vọng Event Horizon sẽ đạt được độ phân giải từ 15 đến 20 micro giây (0,000015 cung giây), tương ứng với việc có thể nhìn thấy một quả nho ở khoảng cách của Mặt Trăng.

Những kính viễn vọng vô tuyến ở hoang mạc Atacama, Chile, chuyên dụng để quan sát những nguồn phát vô tuyến lớn trong vũ trụ. Ảnh: ESO.

Mặc dù vậy, vẫn còn nhiều thử thách và khó khăn khác đang chờ Event Horizon đối mặt.

Dữ liệu từ từng trạm quan sát trong mạng lưới sẽ được gửi về một trung tâm để xử lý, nơi có một siêu máy tính mạnh mẽ cẩn thận kết hợp tất cả dữ liệu và phân tích chúng.

Điều kiện thời tiết, khí quyển tại nơi quan sát cũng như chất lượng kính khác nhau đòi hỏi các trạm phải tuân thủ một chuẩn mực được đưa ra, nhằm đảm bảo hình ảnh thu được cuối cùng là hình ảnh thực tế, chứ không phải do sai lệch trong quá trình thu nhận hình ảnh.

Nếu nó hoạt động, hình ảnh về vật chất bên trong hố đen cũng như có thể là chân trời sự kiện của nó có độ phân giải cao sẽ mở ra một kỷ nguyên mới của các nghiên cứu về hố đen và giải quyết một số câu hỏi lớn: Liệu chân trời sự kiện có tồn tại?

Liệu lý thuyết của Einstein có hoạt động trong vùng lực cực mạnh này không, hay chúng ta cần một lý thuyết mới để mô tả lực hấp dẫn ở gần một lỗ đen? Ngoài ra, làm thế nào các lỗ đen nuốt vật chất và làm thế nào nó đẩy vật chất ra ngoài?

Sự kết hợp của lý thuyết toán học và những hiểu biết trong thực tế, sự hợp tác khoa học quốc tế và những tiến bộ đáng kể trong việc nghiên cứu vật lý thực nghiệm và thiết kế kỹ thuật tiên tiến nhằm tiết lộ bản chất của không-thời gian là một nét đặc trưng của khoa học thế kỷ 21.

Quang Niên (ScienceAlert)