hình ảnh hố đen đầu tiên ở tâm dải ngân hà TS Đỗ Quốc Tuấn

Khoa họcKhoa cơng nghệ nước ngồi học Cơng nghệ Nước ngồi Hình ảnh hố đen tâm Dải ngân hà TS Đỗ Quốc Tuấn Viện Nghiên cứu tiên tiến Phenikaa, Trường Đại học Phenikaa Ngày 12/5/2022, sau năm kể từ ngày công bố ảnh hố đen M87*, nhà thiên văn thuộc dự án Kính thiên văn chân trời kiện (Event horizon telescope - EHT) công bố ảnh thứ hai chụp trực tiếp hố đen Hố đen chụp lần đặc biệt, hố đen Sagittarius A* (Sgr A*) nằm tâm dải Ngân hà (Milky Way) - nơi Trái đất thành viên bé nhỏ T ruyền thông nhà nghiên cứu vật lý thiên văn vũ trụ học toàn giới đón nhận thơng tin với hào hứng cao độ Có nhiều câu hỏi đặt ra, số phải năm sau ảnh M87*, dự án EHT công bố ảnh Sgr A*? Chúng ta tìm hiểu thách thức mà 300 nhà thiên văn thuộc dự án EHT phải đối mặt giải năm qua EHT dự án hợp tác quốc tế với 300 nhà khoa học đến từ 80 sở nghiên cứu 20 nước vùng lãnh thổ Họ tham gia để đo kích thước vùng phát xạ hai hố đen siêu nặng có chân trời kiện (event horizon) lớn quan sát từ Trái đất: Sgr A* trung tâm dải Ngân hà M87* trung tâm thiên hà Virgo A (tên gọi khác Messier 87) Do Sgr A* cách Trái đất 27 nghìn năm ánh sáng nên việc quan sát tương tự việc quan sát bánh donut Ảnh chụp hố đen Sgr A*(nguồn: Eventhorizontelescope.org) Mặt trăng từ Trái đất Các nhà thiên văn biết rằng, độ phân giải kính thiên văn tỷ lệ thuận với bước sóng ánh sáng dùng để quan sát vật thể, tỷ lệ nghịch với đường kính kính thiên văn Họ tính tốn rằng, với bước sóng ánh sáng nhỏ vừa đủ (cỡ mm), để nhìn xun khối khí nóng bao quanh hố đen đường kính kính thiên văn phải cỡ đường kính Trái đất để có Số năm 2022 49 Khoa học Cơng nghệ Nước ngồi thể quan sát hố đen M87* Sgr A* cách rõ ràng Vậy, làm để có kính thiên văn vơ tuyến hoạt động bước sóng ngắn cỡ mm có đường kính cỡ Trái đất? Điều dường thực May mắn thay, việc kết hợp kính thiên văn vô tuyến nằm trải rộng nhiều lục địa thông qua kỹ thuật giao thoa kế đường sở dài (VLBI), nhà thiên văn EHT tạo nên kính thiên văn “ảo” có kích thước cỡ Trái đất Hố đen giả thuyết vật lý quan trọng mà lý thuyết Tương đối rộng A Einstein tiên đoán cách trăm năm, tính từ thời điểm nhà vật lý người Đức K Schwarzschild công bố vào năm 1916 Do lực hấp dẫn hố đen mạnh nên không loại vật chất nào, kể ánh sáng rơi vào chân trời kiện hố đen Vậy, làm để nhà thiên văn quan sát hố đen hồn tồn đen mặt vật lý? Các nhà vật lý rằng, tồn vùng bóng đen (shadow) bao quanh vùng chân trời kiện hố đen Thú vị hơn, lại bao quanh vùng sáng, tạo photon phát từ khối plasma siêu nóng quanh hố đen, di chuyển tới gần hố đen theo quỹ đạo, cho chúng không bị hút vào hố đen mà bị bẻ cong ảnh hưởng 50 Mạng lưới kính thiên văn vơ tuyến tham gia EHT (nguồn: Eso.org) lực hấp dẫn mạnh Nhiều photon số bị bẫy vào quỹ đạo chuyển động quanh hố đen, số cịn lại khỏi hố đen theo hướng khác Khi photon hướng tới kính thiên văn Trái đất, nhà thiên văn thu “nhẫn sáng” bao quanh vùng đen Đó hình ảnh trực tiếp hố đen mà dự án EHT thu Thú vị hơn, cấu trúc “nhẫn sáng” cung cấp cho nhà thiên văn thông số vật lý hố đen tương ứng, điển hình khối lượng hay độ quay Ngày 10/4/2019 đánh dấu cột mốc lịch sử thiên văn học hình ảnh trực tiếp hố đen M87* (chính xác Số năm 2022 hình ảnh bóng hố đen) nhà thiên văn dự án EHT công bố So với hố đen M87* việc chụp ảnh hố đen Sgr A* khó khăn nhiều Điều chủ yếu thơng số vật lý Sgr A* có khác biệt lớn so với M87* Đầu tiên, Sgr A* hố đen có khối lượng gấp triệu lần khối lượng Mặt trời gia đình hố đen siêu nặng anh chàng tí hon đứng cạnh M87* với khối lượng gấp 6,5 tỷ lần khối lượng Mặt trời Ngoài ra, bán kính Sgr A* nhỏ, lớn cỡ 30 lần bán kính Mặt trời, bán kính M87* lớn bán kính Mặt trời cỡ 27.000 Hệ khí plasma nóng hàng nghìn tỷ độ bao quanh Sgr A* chuyển động nhanh cỡ 1.000 Khoa học Cơng nghệ Nước ngồi rằng, Thuyết Tương đối rộng Einstein mơ tả xác hai hố đen Đường photon bị bẻ cong lực hấp dẫn hố đen (nguồn: Nicolle R Fuller/NSF) lần so với khí quanh M87* Hình ảnh Sgr A* thay đổi phút Điều khiến cho Sgr A* khó quan sát M87* gần Trái đất nhiều (Sgr A* cách Trái đất 27 nghìn năm ánh sáng M87* cách Trái đất 55 triệu năm ánh sáng) kính thiên văn vơ tuyến EHT hoạt động liên tục 10 đêm tháng 4/2017 để quan sát Sgr A* bước sóng 1,3 mm Với bước sóng (chứ khơng phải bước sóng ánh sáng khả kiến), nhà thiên văn nhìn xun qua khối khí nóng bao quanh hố đen siêu nặng Sgr A* hay M87* Ngoài ra, bước sóng cung cấp độ phân giải cần thiết để phát lộ bóng hố đen Dữ liệu thu từ kính thiên văn vào cỡ 3,5 Petabyte Các nhà thiên văn phải cần tới 1.000 ổ cứng lưu trữ để chuyển liệu tới hai siêu máy tính (một đặt Đài quan sát Haystack MIT gần Boston, Mỹ; đặt Viện Max Planck thiên văn vô tuyến Bonn, Đức) Các nhà thiên văn EHT năm với thuật tốn xử lý hình ảnh tiên tiến thu hình ảnh cuối Sgr A*, M87* cần năm Hình ảnh cơng khai Sgr A* tổng hịa hình ảnh khác thu EHT Bên cạnh ảnh chụp được, nhà thiên văn dự án EHT thu kết thú vị, là: hố đen Sgr A* quay hố đen Sgr A*, M87* giống cách bất ngờ, chúng có chênh lệch lớn khối lượng Điều Trong tương lai gần, nhà thiên văn dự án EHT tiếp tục nghiên cứu số liệu thu từ hai hố đen Sgr A* M87* để tìm khác biệt có Ngồi ra, dự án EHT mở rộng mạng lưới kính thiên văn vơ tuyến có nâng cấp mặt cơng nghệ Điều cho phép nhà thiên văn thu hình ảnh chân thực hố đen, tạo video hố đen tương lai gần Một kỷ nguyên vật lý thiên văn hố đen xác cao hình thành từ dự án EHT ? TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.vK Akiyama, et al (2022), “First Sagittarius A* event horizon telescope results I The shadow of the supermassive black hole in the Center of the Milky Way”, Astrophys J Lett., 930, DOI: 10.3847/2041-8213/ac6674 2.vhttps://eventhorizontelescope org/blog/astronomers-reveal-first-imageblack-hole-heart-our-galaxy v https://www.quantamagazine org/black-hole-image-revealssagittarius-a-20220512 4.vhttps://www.sciencenews.org/article/ black-hole-milky-way-first-image-event-horizontelescope 5.vhttps://www.cfa.harvard.edu/news/ astronomers-reveal-first-image-black-holeheart-our-galaxy Số năm 2022 51