Lỗ đen vũ trụ: Điều bí ẩn lần đầu tiên được nhìn thấy

Tin hay không tin
26/10/2020 10:34
Ngày 10/4/2019 các nhà khoa học thuộc dự án Kính viễn vọng Chân trời sự kiện (Event Horizon Telescopy - EHT) công bố hình...
aa

Ngày 10/4/2019 các nhà khoa học thuộc dự án Kính viễn vọng Chân trời sự kiện (Event Horizon Telescopy – EHT) công bố hình ảnh đầu tiên của một lỗ đen khổng lồ và cái bóng mà nó tạo ra ở trung tâm

Thiên Hà Messier 87 chụp được từ mặt đất. Nhân sự kiện này chúng ta hãy điểm qua quá trình chứng minh sự tồn tại của lỗ đen bằng kỹ thuật xử lý ảnh thu thập từ 5 triệu tỷ bytes dữ liệu trên siêu máy tính có sự phối hợp của trên 200 nhà khoa học từ 8 trạm thiên văn vô tuyến tạo nên kỳ tích này.

lo den vu tru dieu bi an lan dau tien duoc nhin thay
Hình 1: Ảnh lỗ đen do dự án ETH công bố ngày 10/4/2019

Lỗ đen – điều bí ẩn của vũ trụ

Lỗ đen là một vùng có trường hấp dẫn mạnh đến nỗi không có vật chất nào chiếm khối lượngkhông gian nhất định. Được mệnh danh là “quái vật vũ trụ” lỗ đen là một trong những điều bí ẩn nhất trong hành trình khám phá vũ trụ. Lỗ đen mạnh đến nỗi có thể làm cong không – thời gian, vật chất tích tụ xung quanh lỗ đen có nhiệt độ hàng tỷ độ C với vận tốc gần bằng tốc độ ánh sáng. Ánh sáng bị bẻ cong quanh trường hấp dẫn của lỗ đen, tạo ra vòng photon giúp chúng ta nhìn thấy được.

Cách phổ biến nhất để hiểu sự hình thành của một lỗ đen là từ cái chết của một ngôi sao. Hình 2 trình bày 5 giai đoạn cuối cùng của một ngôi sao. Khi các ngôi sao bước vào giai đoạn cuối chúng sẽ phồng lên, giảm khối lượng sau đó nguội đi. Đến một lúc, một vụ nổ mạnh cuối cùng đánh dấu sự hủy diệt của ngôi sao này được gọi là siêu tân tinh. Một vụ nổ sao như vậy ném vật chất ra ngoài không gian nhưng để lại lõi sao. Tuy nhiên, trong tàn dư của một siêu tân tinh, không còn lực nào chống lại lực hấp dẫn đó, nên lõi sao bắt đầu tự sụp đổ. Nếu khối lượng của nó sụp đổ thành một điểm nhỏ vô hạn, một lỗ đen sẽ được sinh ra.Vì lỗ đen bị nén từ khối lượng lớn gấp nhiều lần Mặt Trời vào một điểm nhỏ khiến cho lỗ đen có một trường hấp dẫn khổng lồ, có thể nuốt trọn mọi vất chất kể cả ánh sáng.

Bên trong một lỗ đen: Lỗ đen được tạo ra khi một ngôi sao dù to hay nhỏ chết đi. Khi ngôi sao chết lực hấp dẫn mạnh đến nỗi ánh sáng không thể thoát ra ngoài làm nó không nhìn thấy được. Chỉ có thể phát hiện nó bằng các hiệu ứng trong không gian xung quanh. Các giai đoạn:

lo den vu tru dieu bi an lan dau tien duoc nhin thay
Hình 2: Giai đoạn cuối cùng của một ngôi sao – lỗ đen được hình thành

Tiên đoán sự tồn tại lỗ đen của Albert Einstein và Stephene Hawking

Albert Einstein (1879 – 1955) năm 1916 đưa ra Thuyết tương đối rộng đã tiên đoán sự tồn tại của lỗ đen, một lượng vật chất với khối lượng đủ lớn nằm trong phạm vi đủ nhỏ sẽ làm biến dạng không thời gian, có khả năng nuốt chửng mọi loại vật chất, năng lượng, ánh sáng, bức xạ điện từ,… Theo Thuyết tương đối rộng của A. Einstein, các lỗ đen siêu lớn có thể có khối lượng tương đương với hàng tỷ Mặt Trời. Những “con quái vật vũ trụ” này có khả năng ẩn náu tại trung tâm của hầu hết các thiên hà. Tại Ngân Hà, các nhà khoa học đã phát hiện một lỗ đen lớn ở giữa có tên là Sagittarius A lớn hơn Mặt Trời hơn bốn triệu lần. Vào giữa những năm 1970, S. Hawking (1942-2018) – nhà vật lý Anh có tầm ảnh hưởng nhất từ sau A. Einstein, đã đưa ra giả thuyết rằng các lỗ đen vũ trụ xuất hiện tình trạng “rò rỉ” bức xạ, tan chậm như viên asperin tan trong nước thực sự không hoàn toàn màu đen và giải phóng các hạt. Với giả thuyết này, S. Hawking đã chấm dứt những thắc mắc dai dẳng của các nhà vật lý cho rằng lý thuyết của A. Einstein cho tới nay không thể giải thích được cách di chuyển của các hạt ở bên trong nguyên tử.

Ban đầu, lý thuyết lỗ đen của S. Hawking gây nhiều tranh cãi, tuy nhiên về sau đã trở thành nền tảng gắn kết thuyết tương đối và cơ học lượng tử. S. Hawking nhận thấy những vật thể bên trong các lỗ đen được hình thành bởi lực hấp dẫn và cơ học lượng tử thực sự có thể phát ra các hạt. Đây là một quá trình liên kết lý thuyết cổ điển về lực hấp dẫn với cơ học lượng tử. Cơ chế này gọi là “bức xạ Hawking”, khi các quy luật lượng tử điều khiển quá trình vật lý của nguyên tử và các hạt cơ bản được áp dụng cho các lỗ đen, kết quả cho thấy các lỗ đen phải bức xạ và tồn tại nhiệt độ. Trong quá trình mất đi khối lượng và năng lượng, các lỗ đen sẽ dần dần co lại. Lý thuyết của Hawking trở thành lý thuyết của vạn vật, đưa ra quan niệm hoàn toàn mới về các lỗ đen.

Bức ảnh lỗ đen đầu tiên nhìn thấy từ mặt đất

Cho đến nay lỗ đen trong vũ trụ vẫn là vấn đề bí ẩn trong trí tưởng tượng của các nhà vật lý lý thuyết vì chúng không nhìn thấy được. Để chứng minh cho sự tồn tại của các lỗ đen cần phải nắm bắt được hình ảnh của chúng.

Để giải quyết vấn đề này một dự án khoa học mang tên Kính viễn vọng Chân trời sự kiện EHT (Event Horizon Telescope) do Sheperd Doeleman đại học Harvard làm chủ dự án, có sự tham gia của trên 200 nhà khoa học thuộc lĩnh vực vật lý thiên văn và công nghệ thông tin thuộc 8 đài thiên văn vô tuyến bố trí trên toàn cầu thực hiện trong khoảng mười năm. Mạng lưới 8 trạm thiên văn vô tuyến thu thập 5 triệu tỷ bytes dữ liệu trong hơn 2 tuần lễ. Để đồng bộ hóa hoạt động của các đài thiên văn vô tuyến sử dụng đồng hồ nguyên tử. Các đài vô tuyến thiên văn tham gia dự án ở Hawai, Mexico, bang Arizona, Sierra bang Nevada, Atamaca Chile, Nam châu Âu và Đông Bắc Á. Kính thiên văn chân trời sự kiện ETH sử dụng kỹ thuật giao thoa đường gốc rất dài (Very-Long-Baseline Interferometry – VLBI) đồng bộ hóa các phương tiện thiên văn vô tuyến vòng quanh thế giới và khai thác sự quay của hành tinh chúng ta để tao nên một kính thiên văn ảo khổng lồ kích cỡ Trái Đất với bước sóng 1,3 mm. VLBI cho phép EHT đạt tới độ phân giải cung 20 micro sec, với độ phân giải này ta có thể đọc được tờ báo ở New York từ một quán cà phê ở Paris. Dự án EHT tích lũy kiến thức lý thuyết và kinh nghiệm của 13 viện nghiên cứu đối tác, sử dụng cơ sở vật chất hiện có và vốn đóng góp của Quỹ nghiên cứu khoa học quốc gia Mỹ, Quỹ nghiên cứu khoa học Cộng đồng châu Âu và Quỹ nghiên cứu khoa học các nước Đông Á. Dữ liệu thô thu thập từ 8 đài thiên văn vô tuyến gồm 5 triệu tỷ bytes dữ liệu được lưu trữ trong hàng trăm ổ cứng và được chuyển tới Trung tâm siêu máy tính ở Boston và Bonn xử lý.

Nữ Tiến sĩ Katie Bouman 29 tuổi và đồng nghiệp đã phát triển một loạt thuật toán chuyển đổi dữ liệu từ kính thiên văn thành hình ảnh. Katie Bouman là người tiên phong áp dụng quy trình kiểm tra kết hợp nhiều thuật toán xử lý ảnh với những giả thuyết khác nhau để dựng nên bức ảnh từ nguồn dữ liệu nhiểu triệu tỷ bytes, sau đó kết quả này được 4 nhóm nghiên cứu độc lập phân tích nhằm tăng độ tin cậy của việc xử lý. Katie Bouman bắt tay vào thiết lập thuật toán cách đây 3 năm khi đang là nghiên cứu sinh hệ thạc sĩ ở Viện Công nghệ Massachusetts (MIT). Tại đây, cô chỉ đạo dự án với sự hỗ trợ của nhóm chuyên gia đến từ Phòng thí nghiệm Khoa học máy tính và Trí tuệ nhân tạo thuộc MIT, Trung tâm Vật lý thiên văn Harvard-Smithsonian và Đài thiên văn Haystack của MIT.

lo den vu tru dieu bi an lan dau tien duoc nhin thay
Hình 3: Katie Bouman đồng tác giả thuật toán xử lý ảnh lỗ đen từ 5 triệu tỷ bytes dữ liệu

Bức ảnh chụp được vầng sáng tạo thành từ bụi và khí bao quanh lỗ đen ở trung tâm của thiên hà Messier M87 cách Trái Đất 55 triệu năm ánh sáng công bố ngày 10/4/2019 là minh chứng cho sự tồn tại của lỗ đen. Lỗ đen của M87 có đường kính 40 tỷ km, lớn gấp ba triệu lần Trái Đất. Bức ảnh giúp chúng ta nhìn được đĩa bồi tụ, vòng bụi và khí mờ hình tròn liên tục cung cấp vật chất bên trong lỗ đen.

lo den vu tru dieu bi an lan dau tien duoc nhin thay
Hình 4: Các phần của lỗ đen và hình ảnh thu được từ EHT

Nhiệt độ lên tới hàng tỷ độ C khi xoay tròn xung quanh lỗ đen ở tốc độ gần bằng vận tốc ánh sáng, trước khi bị lỗ đen nuốt chửng. Hình dạng giống như lưỡi liềm của vầng sáng trong ảnh là do các hạt nằm ở phía hướng về Trái Đất, có tốc độ tương đối cao hơn và có vẻ sáng hơn. Bóng tối bên trong đánh dấu mép của chân trời sự kiện. Đây là điểm không thể quay lại, nơi không vật chất nào hay ánh sáng có thể di chuyển đủ nhanh để thoát khỏi lực hấp dẫn khổng lồ của lỗ đen.

Đây là lần đầu tiên con người nhìn thấy lỗ đen vũ trụ bằng mắt thường và khẳng định tính đúng đắn tiên đoán thiên tài của A. Einstein và S. Hawking.

Lê Văn DoanhĐỗ Đức Anh

trien-lam-quoc-te
Tin bài khác
Ứng dụng AI để quản lý giao thông thông minh

Ứng dụng AI để quản lý giao thông thông minh

Giao thông Hà Nội đang phải đối mặt với những thách thức ngày càng lớn. Mật độ phương tiện cao, ý thức tham gia giao thông chưa đồng đều, trong khi các giải pháp quản lý truyền thống ngày càng bộc lộ nhiều hạn chế. Do đó, để kiểm soát tình trạng này thì giải pháp chính là ứng dụng công nghệ trí tuệ nhân tạo (AI).
Mua lại Altair Engineering, Siemens mở rộng danh mục phần mềm công nghiệp

Mua lại Altair Engineering, Siemens mở rộng danh mục phần mềm công nghiệp

Tập đoàn Siemens mới đây ra công bố đã hoàn tất việc mua lại Altair Engineering Inc., một nhà cung cấp phần mềm hàng đầu trong thị trường mô phỏng và phân tích công nghiệp, với giá trị doanh nghiệp khoảng 10 tỷ USD. Thương vụ này củng cố vị thế của Siemens như một công ty công nghệ hàng đầu và mở rộng danh mục phần mềm công nghiệp của mình.
Tổng Bí thư chỉ đạo triển khai thực hiện có hiệu quả Nghị quyết số 57

Tổng Bí thư chỉ đạo triển khai thực hiện có hiệu quả Nghị quyết số 57

Theo Tổng Bí thư Tô Lâm, phát triển khoa học, công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số là lựa chọn bắt buộc, là con đường duy nhất để đưa đất nước phát triển và nâng cao đời sống cho nhân dân.
Bước tiến hợp tác quan trọng của Petrovietnam và JVPC Nhật Bản

Bước tiến hợp tác quan trọng của Petrovietnam và JVPC Nhật Bản

Ngày 31/3/2025, tại Hà Nội, Tập đoàn Công nghiệp - Năng lượng Quốc gia Việt Nam (Petrovietnam) cùng tổ hợp nhà thầu Japan Vietnam Petroleum Company Limited (JVPC - công ty con 100% của ENEOS Xplora, Nhật Bản) và Tổng công ty Thăm dò Khai thác Dầu khí (PVEP) đã tổ chức lễ ký kết Hợp đồng Chia sản phẩm dầu khí (PSC) đối với Lô 15-2, bể Cửu Long.
Nhận định phiên giao dịch ngày 02/4: VN Index đứng trước thử thách vượt kháng cự 1.324 điểm

Nhận định phiên giao dịch ngày 02/4: VN Index đứng trước thử thách vượt kháng cự 1.324 điểm

Phiên giao dịch ngày 2/4 được dự báo sẽ là thử thách quan trọng đối với VN Index. Mặc dù có dấu hiệu phục hồi, nhưng thị trường vẫn cần thêm thời gian để xác nhận xu hướng tăng mạnh mẽ. Nhà đầu tư nên duy trì sự kiên nhẫn và quản trị rủi ro chặt chẽ trong giai đoạn này.
Những tiến bộ công nghệ quan trọng thúc đẩy các giải pháp năng lượng tái tạo

Những tiến bộ công nghệ quan trọng thúc đẩy các giải pháp năng lượng tái tạo

Trong những năm gần đây, chúng ta đã chứng kiến ​​sự gia tăng trong việc tích hợp năng lượng mặt trời, gió và thủy điện vào hệ thống năng lượng chính thống. Những tiến bộ này chống lại biến đổi khí hậu, cải thiện hiệu quả năng lượng và thúc đẩy tính bền vững.
Vực Hòm - Tuyệt tác của thiên nhiên

Vực Hòm - Tuyệt tác của thiên nhiên

Vừa qua, tôi có dịp theo chân nhóm văn nghệ sĩ của Hội Văn học Nghệ thuật tỉnh Phú Yên, đi về huyện Tuy An, tỉnh Phú Yên để thực tế tìm cảm hứng sáng tác với chủ đề: “Về miền di sản Tuy An”. Riêng tôi, với góc nhìn về mỹ thuật, thì thác Vực Hòm có nét đẹp “hút hồn” riêng.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 2/4/2025: Tuổi Thân thuận lợi, tuổi Dậu chú ý sức khỏe

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 2/4/2025: Tuổi Thân thuận lợi, tuổi Dậu chú ý sức khỏe

Những bí ẩn của khoa học đời sống là "món ăn" tinh thần không thể thiếu trong cuộc sống của con người. Tử vi vòng quay công nghệ xem tử vi 12 con giáp ngày 2/4/2025 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Pin EV sắt - natri cung cấp 7.000 chu kỳ, tuổi thọ 20 năm

Pin EV sắt - natri cung cấp 7.000 chu kỳ, tuổi thọ 20 năm

Kết quả thử nghiệm kéo dài hơn một năm cho thấy, tuổi thọ pin EV sắt - natri có khả năng đạt ít nhất 7.000 chu kỳ hoặc 20 năm.

'AI For Good Việt Nam 2025' trang bị cho học sinh hành trang bước vào kỷ nguyên mới

Cuộc thi là một sân chơi giáo dục dành cho học sinh phổ thông cả ba cấp trên toàn quốc nhằm ứng dụng Trí tuệ nhân tạo (AI) vào giải quyết các vấn đề thực tiễn, đóng góp cho phát triển bền vững.
siement
Quảng cáo
moxa