Dữ liệu từ kính thiên văn EHT (Kính thiên văn Chân trời Sự kiện) mang đến cho các nhà khoa học ý tưởng mới về con quái vật mang tên Dải Ngân hà. Nhờ dữ liệu này, lần đầu tiên chúng ta có cái nhìn cận cảnh hơn về lỗ đen.

Một hệ thống kính thiên văn vô tuyến được đặt xung quanh Trái đất và chúng tôi gọi nó là EHT (Kính thiên văn Chân trời Sự kiện), tập trung vào một vài gã khổng lồ. Nhân mã A là lỗ đen siêu lớn ở trung tâm Dải Ngân hà và đến một lỗ đen thậm chí còn lớn hơn cách chúng ta 53,5 triệu năm ánh sáng trong thiên hà M87. Vào tháng 2017 năm XNUMX, các đài quan sát đã hợp tác quan sát ranh giới của các lỗ đen, nơi lực hấp dẫn mạnh đến mức ngay cả tia sáng cũng không thể rời khỏi nó. Sau gần hai năm so sánh dữ liệu, các nhà khoa học đã công bố những hình ảnh đầu tiên thu được về những quan sát này. Hiện các nhà khoa học hy vọng rằng những hình ảnh mới có thể cho chúng ta biết nhiều hơn về lỗ đen.

Một lỗ đen thực sự trông như thế nào?

Lỗ đen thực sự xứng đáng với tên của chúng. Quái thú trọng lực khổng lồ không phát ra ánh sáng ở bất kỳ phần nào của quang phổ điện từ, nên có vẻ như chúng không tự tồn tại. Nhưng các nhà thiên văn học biết rằng chúng ở đó vì có một loại bạn đồng hành nào đó. Khi lực hấp dẫn của chúng dao động xuyên qua khí và bụi sao, vật chất hình thành xung quanh chúng dưới dạng một đĩa bồi tụ quay với các nguyên tử của chúng va chạm với nhau. Hoạt động này phát ra "nhiệt trắng" và phát ra tia X và các bức xạ năng lượng cao khác. Các lỗ đen bão hòa với sự “ghét” nhất sau đó chiếu xạ tất cả các ngôi sao trong các thiên hà xung quanh.

Trong hình ảnh từ kính thiên văn EHT, Sagittaria A ở vùng Ngân hà, còn gọi là Sgr A, được dự đoán là có bóng lỗ đen trên đĩa bồi tụ đồng hành của nó là vật chất sáng. Mô phỏng máy tính và các định luật vật lý hấp dẫn mang lại cho các nhà thiên văn học một ý tưởng khá hay về những gì sẽ xảy ra. Do lực hấp dẫn lớn ở gần lỗ đen, đĩa bồi tụ sẽ bị biến dạng xung quanh chân trời vòng và vật chất này sẽ lộ rõ ​​phía sau lỗ đen. Hình ảnh thu được có thể sẽ không đối xứng. Trọng lực bẻ cong ánh sáng từ phần bên trong của đĩa về phía Trái đất mạnh hơn phần bên ngoài, khiến phần vòng sáng hơn.

Các định luật tương đối rộng có áp dụng được xung quanh lỗ đen không?

Hình dạng chính xác của chiếc nhẫn có thể giải quyết được bế tắc khó chịu nhất trong vật lý lý thuyết. Hai trụ cột của vật lý là thuyết tương đối rộng của Einstein, lý thuyết chi phối các vật thể có khối lượng lớn và lực hấp dẫn mạnh như lỗ đen, và cơ học lượng tử, chi phối thế giới kỳ lạ của các hạt hạ nguyên tử. Mỗi lý thuyết hoạt động trong lĩnh vực riêng của nó. Nhưng họ không thể làm việc cùng nhau.

Nhà vật lý Lia Medeiros của Đại học Arizona ở Tucson nói:

“Thuyết tương đối rộng và vật lý lượng tử không tương thích lẫn nhau. Nếu thuyết tương đối rộng được áp dụng trong vùng lỗ đen thì nó có thể mang ý nghĩa đột phá đối với các nhà lý thuyết vật lý”.

Bởi vì lỗ đen là môi trường hấp dẫn khắc nghiệt nhất trong vũ trụ nên chúng là môi trường tốt nhất để kiểm tra lý thuyết hấp dẫn. Nó giống như việc ném các lý thuyết vào tường và mong đợi xem liệu chúng có phá vỡ được nó hay không và bằng cách nào. Nếu thuyết tương đối rộng là đúng thì các nhà khoa học kỳ vọng rằng lỗ đen sẽ có một cái bóng cụ thể và do đó có dạng hình tròn, nếu lý thuyết của Einstein không áp dụng được thì cái bóng sẽ có hình dạng khác. Lia Medeiros và các đồng nghiệp của cô đã áp dụng mô phỏng máy tính vào các bóng khác nhau của 12 lỗ đen có thể khác với lý thuyết của Einstein.

L. Mederios nói:

“Nếu chúng ta tìm thấy thứ gì đó khác biệt (các lý thuyết thay thế về lực hấp dẫn), nó sẽ giống như một món quà Giáng sinh.”

Ngay cả một sai lệch nhỏ so với thuyết tương đối rộng cũng sẽ giúp các nhà thiên văn định lượng những gì họ nhìn thấy so với những gì họ mong đợi.

Có phải những ngôi sao chết được gọi là xung quanh lỗ đen trong Dải Ngân hà?

Một cách khác để kiểm tra thuyết tương đối rộng xung quanh lỗ đen là quan sát cách các ngôi sao chuyển động xung quanh chúng. Khi ánh sáng từ các ngôi sao truyền qua trường hấp dẫn cực độ của một lỗ đen gần đó, ánh sáng bị “kéo dài” và do đó chúng ta thấy có vẻ đỏ hơn. Quá trình này được gọi là "dịch chuyển đỏ hấp dẫn" và được dự đoán bởi thuyết tương đối rộng. Năm ngoái, các nhà thiên văn học đã quan sát thấy nó ở gần khu vực SgrA. Cho đến nay đây là tin tốt cho lý thuyết của Einstein. Một cách tốt hơn nữa để xác nhận hiện tượng này là thực hiện thử nghiệm tương tự trên các ẩn tinh, chúng quay nhanh và quét bầu trời đầy sao bằng các chùm bức xạ đều đặn, khiến chúng ta thấy như thể chúng đang rung động.

Do đó, dịch chuyển đỏ hấp dẫn sẽ làm gián đoạn quá trình vận hành máy đếm nhịp thông thường và bằng cách quan sát chúng sẽ có một bài kiểm tra chính xác hơn về lý thuyết tương đối rộng.

Scott Ranson thuộc Đài quan sát thiên văn quốc gia ở Charlottesville cho biết:

“Đối với hầu hết những người quan sát vùng SgrA, việc khám phá ra một ẩn tinh hoặc các ẩn tinh quay quanh một lỗ đen sẽ là một giấc mơ. Pulsar có thể cung cấp nhiều thử nghiệm rất thú vị và rất chi tiết về thuyết tương đối rộng.”

Tuy nhiên, bất chấp sự quan sát cẩn thận, vẫn chưa tìm thấy ẩn tinh nào có quỹ đạo đủ gần vùng SgrA. Một phần là do bụi và khí thiên hà làm phân tán chùm tia của chúng và khiến chúng khó tập trung. Nhưng EHT cung cấp tầm nhìn tốt nhất cho đến trung tâm của sóng vô tuyến, và vì vậy S.Ransom và các đồng nghiệp của ông hy vọng rằng họ có thể tập trung. S.Ransom cho biết thêm: “Nó giống như một cuộc thám hiểm câu cá, cơ hội đánh bắt được rất nhỏ nhưng rất xứng đáng”.

Sao xung PSR J1745-2900 (ở bên trái trong hình minh họa) được phát hiện vào năm 2013. Nó quay quanh lỗ đen ở trung tâm thiên hà cách chúng ta đúng 150 năm ánh sáng. Tuy nhiên, còn quá xa để có thể thực hiện các thử nghiệm chính xác về thuyết tương đối tổng quát ở đây. Chính sự tồn tại của ẩn tinh này đã mang lại cho các nhà thiên văn học hy vọng rằng bằng cách sử dụng EHT, họ sẽ khám phá ra các ẩn tinh khác và gần lỗ đen hơn.

Làm thế nào lỗ đen tạo ra tia nước?

Một số lỗ đen là loài háu ăn và hút một lượng lớn khí và bụi, trong khi những lỗ đen khác lại kén ăn. Không ai biết tại sao lại như vậy. SgrA dường như là một kẻ kén ăn với một đĩa tối đáng ngạc nhiên, mặc dù có khối lượng bằng 4 triệu khối lượng mặt trời. Một mục tiêu khác được EHT nhắm đến, lỗ đen trong thiên hà M87 là một kẻ háu ăn. Nó nặng khoảng 3,5 đến 7,22 tỷ mặt trời. Và rằng, ngoài đĩa bồi tụ khổng lồ ở vùng lân cận, nó còn phóng ra một cách dữ dội một dòng hạt hạ nguyên tử tích điện tới khoảng cách 5 năm ánh sáng.

Viện thiên văn vô tuyến Thomas Krichbaum ở Bonn nói:

“Có phần mâu thuẫn khi nghĩ rằng lỗ đen có thể trục xuất bất cứ thứ gì.”

Mọi người thường nghĩ rằng lỗ đen chỉ hấp thụ. Nhiều lỗ đen tạo ra những dòng tia dài hơn và rộng hơn toàn bộ thiên hà và có thể cách lỗ đen hàng tỷ năm ánh sáng.

Một câu hỏi tự nhiên là loại nguồn năng lượng mạnh mẽ nào có thể phát ra những tia nước đi những khoảng cách xa như vậy. Nhờ EHT, lần đầu tiên chúng ta có thể theo dõi những sự kiện này. Do đó, chúng ta có thể ước tính cường độ từ trường của lỗ đen trong thiên hà M87 bằng cách đo EHT, vì chúng có liên quan đến cường độ phản lực. Bằng cách đo đặc tính của các tia khi chúng ở gần lỗ đen, nó giúp xác định xem tia đến từ đâu - từ bên trong đĩa của nó, hoặc từ một phần khác của đĩa, hoặc từ chính lỗ đen.

Những quan sát này cũng có thể làm sáng tỏ liệu các tia có nguồn gốc từ lỗ đen hay từ vật chất chảy nhanh trong đĩa. Vì các tia có thể mang vật chất ra khỏi trung tâm thiên hà vào khu vực liên thiên hà nên điều này có thể giải thích tác động lên sự tiến hóa và phát triển của các thiên hà. Và thậm chí cả nơi các hành tinh và ngôi sao được sinh ra.

T. Krichbaum nói:

"Điều quan trọng là phải hiểu được quá trình tiến hóa của các thiên hà từ khi hình thành lỗ đen ban đầu cho đến sự ra đời của các ngôi sao và cuối cùng là sự ra đời của sự sống. Đây là một câu chuyện rất lớn và bằng cách nghiên cứu các tia của lỗ đen, chúng tôi chỉ bổ sung thêm những mảnh ghép nhỏ vào câu đố lớn của cuộc sống.”

Ghi chú của nhà xuất bản: Câu chuyện này được cập nhật vào ngày 1 tháng 2019 năm 87 để xác định khối lượng của lỗ đen M 2,4: khối lượng của thiên hà gấp XNUMX nghìn tỷ lần Mặt trời. Chỉ riêng một lỗ đen đã có khối lượng vài tỷ Mặt trời. Phụ lục, mô phỏng lỗ đen là một ví dụ xác nhận thuyết tương đối rộng của Einstein chứ không phải bác bỏ nó.