Từ Trái Đất, nhìn sâu đến... lỗ đen trung tâm thiên hà của chúng ta.

Vào ngày 12 - 5, các nhà thiên văn học đã giới thiệu đến công chúng bức ảnh đầu tiên của Sgr A*, vật thể được cho là một lỗ đen siêu nặng nằm tại trung tâm của Thiên hà Milky Way. Kết quả này là bằng chứng mạnh mẽ, cho thấy đây thực sự là một lỗ đen, mang lại nhiều manh mối có giá trị về hoạt động của những "con quái vật" khổng lồ trú ngụ tại trung tâm của hầu hết các thiên hà.

Bài viết được dịch từ thông báo trên trang web của ESO.  

Hình ảnh trên được tạo ra bởi Event Horizon Telescope (EHT)* Collaboration, một nhóm nghiên cứu quốc tế, sử dụng các quan sát từ một mạng lưới kính thiên văn vô tuyến toàn cầu.

Một cái nhìn cận cảnh về một vật thể khổng lồ nằm tại trung tâm thiên hà của chúng ta đã được mong đợi từ lâu. Trước đây, các nhà khoa học đã nhìn thấy một số ngôi sao chen chúc quay quanh một thứ gì đó vô hình, có khối lượng cực lớn ở trung tâm Milky Way. Với tên gọi Sagittarius A*, viết tắt là SgrA* [phát âm là sadge-ay-star], đây thực sự là một lỗ đen và hình ảnh mới nhất chính là bằng chứng trực quan đầu tiên về nó.

Geoffrey Bower, nhà khoa học của Dự án EHT, thuộc viện Thiên văn học và Vật lý thiên văn, Academia Sinica (Đài Loan) cho biết: “Chúng tôi bất ngờ khi thấy kích thước của lỗ đen phù hợp với những dự đoán từ thuyết Tương đối Rộng của Einstein”.“Những quan sát chưa có tiền lệ này đã cải thiện đáng kể hiểu biết của chúng ta về những gì xảy ra ở trung tâm thiên hà”. Kết quả nghiên cứu của nhóm EHT sẽ được công bố trên một số đặc biệt của tạp chí The Astrophysical Journal Letters.  

Lỗ đen nằm cách chúng ta khoảng 27 nghìn năm ánh sáng. Để có thể ghi lại hình ảnh, nhóm nghiên cứu đã tạo ra một hệ thống EHT mạnh mẽ, liên kết 8 đài quan sát vô tuyến lại với nhau, tạo thành một kính thiên văn ảo (virtual telescope) “có đường kính to bằng Trái Đất”.EHT đã quan sát Sgr A* trong nhiều đêm từ năm 2017, thu thập dữ liệu liên tiếp hàng giờ liền, tương tự như việc sử dụng thời gian phơi sáng lâu trên máy ảnh.Để có thể hình dung, với kích thước của EHT, ta có thể quan sát chi tiết bề mặt một cái bánh doughnut trên Mặt Trăng.  Vào năm 2019, EHT cũng đã ra mắt bức ảnh lỗ đen trung tâm siêu nặng của Thiên hà M87. Sgr A* và M87* có nhiều điểm tương đồng nổi bật, dù lỗ đen tại trung tâm thiên hà của chúng ta nhỏ hơn M87* một nghìn lần và nhẹ hơn. Sera Markoff, Đồng Chủ tịch Hội đồng Khoa học EHT và là Giáo sư môn vật lý thiên văn lý thuyết tại Đại học Amsterdam, Hà Lan cho hay: “Chúng ta có hai loại thiên hà hoàn toàn khác biệt, và khối lượng của hai lỗ đen rất khác nhau, nhưng ở gần rìa của những lỗ đen này, chúng giống nhau đến kinh ngạc”.“Điều này cho chúng ta biết rằng Thuyết tương đối rộng chi phối những vật thể này ở gần và bất kỳ sự khác biệt nào mà chúng ta thấy ở xa hơn là do sự khác biệt về vật chất quanh các lỗ đen”.

Thành tựu này khó khăn đáng kể so với M87 *, mặc dù Sgr A * gần chúng ta hơn nhiều. Nhà khoa học EHT Chi-kwan ('CK') Chan, đến từ Đài thiên văn Steward và Khoa Thiên văn học thuộc Viện Khoa học Dữ liệu của Đại học Arizona, Hoa Kỳ, lý giải:"Khí trong vùng lân cận của lỗ đen di chuyển với cùng một tốc độ, gần như nhanh bằng ánh sáng, xung quanh cả Sgr A * và M87 *. Nhưng trong khi phải mất nhiều ngày đến nhiều tuần để quay quanh lỗ đen M87* có kích thước lớn hơn, nó chỉ mất vài phút để hoàn thành một vòng quay quanh Sagittarius A*.Nghĩa là độ sáng và hình dạng của đám khí xung quanh Sgr A* thay đổi nhanh chóng trong khi được EHT Collaboration quan sát”.Giống như việc chúng ta đang ghi lại một cách rõ nét những họa tiết rãnh, vòng của một quả bóng rổ đang xoay nhanh trên đầu ngón tay.

Các nhà nghiên cứu đã phát triển nhiều công cụ mới, phức tạp, nhạy bén để đo đạc chuyển động của khí quanh Sgr A*. Mặc dù M87* là mục tiêu dễ dàng, ổn định hơn, với hầu hết ảnh thu được gần như giống nhau, thì Sgr A* lại hoàn toàn khác. Ảnh chụp lỗ đen của Sgr A* chỉ ở mức trung bình trong số nhiều hình ảnh khác nhau được nhóm nghiên cứu trích xuất, lần đầu tiên cho thấy một “con quái vật” khổng lồ đang ẩn mình tại trung tâm thiên hà của chúng ta.Có được thành công này chính là sự nỗ lực, khéo léo không ngừng của hơn 300 nhà nghiên cứu đến từ 80 viện khoa học trên khắp thế giới cùng nhau tạo nên đội ngũ EHT Collaboration. Ngoài việc phát triển nhiều công cụ phức tạp để vượt qua những thử thách để có được hình ảnh của Sgr A *, mọi người đã làm việc nghiêm túc trong suốt 5 năm, sử dụng siêu máy tính để kết hợp và phân tích dữ liệu, đồng thời lập nên một thư viện lớn chưa từng có để mô phỏng về lỗ đen nhằm so sánh với những quan sát.  

Cộng đồng khoa học đặc biệt vui mừng khi cuối cùng cũng đã có được hình ảnh về hai lỗ đen có kích thước khác nhau, mang đến cơ hội để so sánh, kiểm tra nhiều lý thuyết về cách hoạt động của khí xung quanh lỗ đen siêu nặng - một hiện tượng chưa được hiểu rõ có thể đóng vai trò nào đó trong việc hình thành sao và thiên hà mới.Tổ hợp EHT vẫn sẽ tiếp tục hoạt động: một chiến dịch quan sát lớn vào tháng 3 năm 2022 cùng nhiều kính thiên văn hơn nữa. Cho phép sự mở rộng liên tục của mạng lưới EHT cùng nhiều cải tiến đáng kể về mặt công nghệ sẽ cho phép các nhà khoa học chia sẻ nhiều hình ảnh ấn tượng hơn nữa cũng như các thước phim về lỗ đen trong một tương lai không xa.  

*EHT, với tên đầy đủ là Event Horizon Telescope, tạm dịch là Kính thiên văn Chân trời Sự kiện, là một dự án quốc tế, chuyên quan sát các lỗ đen siêu nặng ở trung tâm các thiên hà, sử dụng kỹ thuật giao thoa với đường cơ sở rất dài (Very Long Baseline Interferometry), liên kết nhiều đài quan sát vô tuyến trên thế giới thành một kính thiên văn ảo khổng lồ, có đường kính to bằng Trái Đất.