Ngày 12 tháng 5 vừa qua, bức ảnh đầu tiên về lỗ đen siêu nặng ở trung tâm của thiên hà chúng ta đã được ESO công bố. Hình ảnh này là kết quả xử lý dữ liệu mấy năm qua của dự án Kính thiên văn Chân trời sự kiện (EHT).
Lỗ đen là một đối tượng đáng chú ý trong thiên văn học và đã được các nhà vật lý lý thuyết dự đoán từ đầu thế kỷ trước. Sau khi Albert Einstein công bố thuyết tương đối rộng vào năm 1915 và tiếp đó là phương trình trường đi kèm với nó vào đầu năm 1916, một nhà vật lý là Karl Schwarzschild đã giải phương trình này và tìm ra một nghiệm đặc biệt trong đó cho biết khi một vật thể có khối lượng nhất định co lại tới bán kính tới hạn của nó (sau này gọi là bán kính Schwarzschild) thì nó sẽ sụp đổ và uốn cong không-thời gian tới vô hạn. Trên thực tế, ban đầu chính Einstein đã không chấp nhận việc này. Tuy nhiên, cùng với các bằng chứng lý thuyết tiếp tục được các nhà vật lý thừa nhận thì những quan sát trong vài thập kỷ qua đã chứng minh sự tồn tại của lỗ đen qua nhiều bằng chứng gián tiếp (tác động lên quỹ đạo của các sao đồng hành, sóng hấp dẫn, ...).
Mặc dù vậy, cuối cùng thì lỗ đen không bao giờ phát ra ánh sáng. Vì vậy, không có bất cứ quan sát nào trực tiếp về nó cho tới 3 năm trước (2019).
Tháng 4 năm 2019, bức ảnh đầu tiên về lỗ đen đã được công bố bởi các nhà khoa học thuộc dự án Kính thiên văn Chân trời sự kiện (Event Horizon Telescope / EHT). EHT không phải một kính thiên văn mà là một dự án hợp tác với sự tham gia của 8 đài quan sát vô tuyến đặt tại nhiều nơi trên thế giới, thuộc các cơ quan chủ quản khác nhau. Hợp tác này không chỉ giúp kết hợp độ phân giải của các quan sát từ những đài quan sát lớn này, mà còn bảo đảm một điều là đối tượng cần quan sát được theo dõi không ngừng nghỉ (vì Trái Đất tự quay nên một đài quan sát cố định không thể nhắm tới một điểm nào đó trên bầu trời liên tục được). Sự kết hợp đó đã mang lại bức ảnh lỗ đen đầu tiên vào năm 2019. Đó là lỗ đen siêu nặng ở trung tâm của thiên văn M87 - một lỗ đen có khối lượng khoảng từ 3,5 tới 6,6 tỷ lần khối lượng Mặt Trời, cách chúng ta hơn 50 triệu năm ánh sáng.
Hệ thống các đài quan sát tham gia vào dự án EHT.
Trên thực tế, bức ảnh về lỗ đen của M87 (ký hiệu là M87*) không phải một bức ảnh thông thường. Nó là sự kết hợp dữ liệu của nhiều quan sát trong suốt hai năm với sự tham gia của nhiều thuật toán và tinh chỉnh. Vì thế, việc chụp ảnh này không hề đơn giản mà cần nhiều thời gian. Mất tới 3 năm sau đó, tức tháng 5 năm nay (2022), các nhà khoa học mới có thể công bố bức ảnh về đối tượng tiếp theo, cũng là hình ảnh đầu tiên về lỗ đen siêu nặng ở trung tâm của Milky Way (thiên hà của chúng ta).
Lỗ đen siêu nặng ở trung tâm của Milky Way có tên là Sagittarius A* (viết tắt là Sgr A*) có khối lượng gấp 4 triệu lần khối lượng của Mặt Trời và cách chúng ta khoảng 26.000 năm ánh sáng. Nó ở gần hơn nhiều so với M87* nhưng cũng nhỏ hơn nhiều, và quan trọng hơn là nó nằm ở vị trí không hề thuận lợi cho chúng ta. Khi hướng các kính thiên văn về phía Sgr A*, chúng ta phải nhìn xuyên qua vùng khí va bụi dày đặc ở khu vực trung tâm thiên hà do chúng ta nằm trên mặt phẳng chính của nó. Khí, bụi cùng ánh sáng từ hàng tỷ ngôi sao khiến việc thu được bức xạ trực tiếp từ vùng lân cận lỗ đen là rất khó khăn, vì vậy việc chụp ảnh lỗ đen này phức tạp hơn so với M87*.
Bức ảnh mà bạn thấy ở phía trên được ESO (European Southern Observatory - Đài quan sát ở khu vực Nam bán cầu của châu Âu. Trên thực tế đây là một tổ chức rất lớn chứ không phải chỉ là một đài quan sát như tên gọi của nó) công bố hôm 12 tháng 5 vừa qua. Nó là kết quả kết hợp dữ liệu vài năm qua của cả 8 kính thiên văn thuộc dự án EHT.
Cũng như bức ảnh năm 2019 chụp M87*, trên thực tế thì hình ảnh này chỉ là đĩa bồi tụ đang phát sáng khi vật chất được gia tốc và chuyển động xoáy về phía chân trời sự kiện. Bất cứ tia sáng nào phía trong của chân trời sự kiện (đường biên của lỗ đen) đều không bao giờ có thể thoát ra ngoài và tới với chúng ta.
Hai hình ảnh do EHT công bố về M87* và Sgr A*.
Mặc dù đây không còn là lần đầu tiên chúng ta có được hình ảnh về một lỗ đen siêu nặng, nhưng bức ảnh đầu tiên về lỗ đen của chính thiên hà chúng ta không chỉ là một hình ảnh hấp dẫn mà còn là một bước tiến lớn của khoa học trong việc từng bước khám phá bí ẩn về một trong những đối tượng hấp dẫn và quan trọng nhất trong vũ trụ học hiện đại.
