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

tan-hoang-minh
Tin bài khác
Light Operate và Dark Operate tối ưu cảm biến quang điện trong tự động hóa

Light Operate và Dark Operate tối ưu cảm biến quang điện trong tự động hóa

Trong các hệ thống tự động hóa công nghiệp, cảm biến quang điện đóng vai trò quan trọng trong việc phát hiện vật thể và truyền tín hiệu đến bộ điều khiển. Tuy nhiên, một trong những yếu tố cấu hình thường bị bỏ qua nhưng lại ảnh hưởng trực tiếp đến độ tin cậy và mức độ an toàn của hệ thống chính là việc lựa chọn chế độ đầu ra giữa Light Operate (LO) và Dark Operate (DO).
Năng lực làm chủ công nghệ: mắt xích quyết định của chuyển đổi số tại TP.Hồ Chí Minh

Năng lực làm chủ công nghệ: mắt xích quyết định của chuyển đổi số tại TP.Hồ Chí Minh

Thông tin được công bố tại họp báo kinh tế - xã hội TP.Hồ Chí Minh ngày 30/7 không chỉ phản ánh bức tranh điều hành của thành phố, mà còn cho thấy một thực tế đáng chú ý: bài toán của chuyển đổi số đang dịch chuyển từ đầu tư thiết bị sang xây dựng năng lực làm chủ công nghệ. Trong đó, nguồn nhân lực, đội ngũ chuyên gia và hạ tầng kết nối đang trở thành những yếu tố quyết định hiệu quả của quá trình tự động hóa.
Gắn trách nhiệm của người đứng đầu về phát triển khoa học, công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số

Gắn trách nhiệm của người đứng đầu về phát triển khoa học, công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số

Ủy viên Bộ Chính trị, Thủ tướng Chính phủ Lê Minh Hưng làm Trưởng Ban Chỉ đạo Trung ương về phát triển khoa học, công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 1/8/2026: Tuổi Tý tài lộc khởi sắc, tuổi Mùi cần thận trọng trước lời mời hợp tác

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 1/8/2026: Tuổi Tý tài lộc khởi sắc, tuổi Mùi cần thận trọng trước lời mời hợp tác

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 1/8/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Thị trường chứng khoán ngày 31/7: Nhịp hồi gặp thử thách tại vùng kháng cự, VN Index giảm gần 9 điểm trong phiên cuối cùng tháng 7

Thị trường chứng khoán ngày 31/7: Nhịp hồi gặp thử thách tại vùng kháng cự, VN Index giảm gần 9 điểm trong phiên cuối cùng tháng 7

Áp lực chốt lời sau 3 phiên tăng mạnh cùng hoạt động cơ cấu danh mục của các quỹ ETF đã khiến VN Index quay đầu giảm trong phiên 31/7. Dù thanh khoản vẫn duy trì ở mức cao, lực cung chủ động tại vùng kháng cự cho thấy thị trường cần thêm thời gian để củng cố đà hồi phục.
D’. Diamant Bleu - Phức hợp căn hộ hàng hiệu và liên tháp tài chính quốc tế đầu tiên tại phía Đông Hà Nội

D’. Diamant Bleu - Phức hợp căn hộ hàng hiệu và liên tháp tài chính quốc tế đầu tiên tại phía Đông Hà Nội

Với quy mô hoành tráng, sự kiện "D’. Diamant Bleu Inspirational Event – A Diamond Crafted From The Sky" ngay lập tức đã trở thành tâm điểm của thị trường bất động sản Hà Nội khi quy tụ hơn 1.500 chuyên viên kinh doanh từ gần 30 đơn vị phân phối bất động sản hàng đầu.
Chu kỳ sử dụng laptop kéo dài hơn: Khả năng nâng RAM có quan trọng trở lại?

Chu kỳ sử dụng laptop kéo dài hơn: Khả năng nâng RAM có quan trọng trở lại?

Người dùng hiện không còn thay laptop quá nhanh như trước, trong khi nhu cầu học online, làm việc đa nhiệm và dùng nhiều ứng dụng cùng lúc lại tăng lên. Trong bối cảnh đó, khả năng nâng RAM đang được nhắc lại như một tiêu chí đáng chú ý, nhất là với nhóm laptop phục vụ học tập và văn phòng như ASUS Vivobook.
Lệnh cấm mới cho thấy cuộc cạnh tranh công nghệ Mỹ - Trung leo thang

Lệnh cấm mới cho thấy cuộc cạnh tranh công nghệ Mỹ - Trung leo thang

Chính quyền Tổng thống Donald Trump tuyên bố cấm nhập khẩu robot tiên tiến và bộ biến tần điện mới từ Trung Quốc nhằm bảo vệ thị trường Mỹ.
Hoàn thiện pháp quy hạt nhân, tạo nền tảng triển khai chương trình điện hạt nhân quốc gia

Hoàn thiện pháp quy hạt nhân, tạo nền tảng triển khai chương trình điện hạt nhân quốc gia

Ngày 30/7, tại Quảng Ninh, Bộ Khoa học và Công nghệ phối hợp với UBND tỉnh Quảng Ninh tổ chức Hội nghị Pháp quy hạt nhân toàn quốc lần thứ VII với chủ đề "Kiến tạo thể chế - Bảo đảm an toàn - Dẫn dắt phát triển".
Nhận định phiên giao dịch ngày 31/7: Hạn chế mua mới khi thị trường tiếp tục tăng mạnh

Nhận định phiên giao dịch ngày 31/7: Hạn chế mua mới khi thị trường tiếp tục tăng mạnh

VN-Index ghi nhận phiên tăng thứ ba liên tiếp với mức tăng gần 40 điểm, dòng tiền lan tỏa rộng và thanh khoản cải thiện mạnh. Tuy nhiên, xu hướng đảo chiều vẫn cần thêm tín hiệu xác nhận khi chỉ số đang tiến gần vùng kháng cự quan trọng. Các chuyên gia khuyến nghị nhà đầu tư duy trì sự thận trọng, hạn chế mua mới trong các phiên tăng mạnh và cân nhắc hạ tỷ trọng khi thị trường tiếp cận vùng cản.
song-gia-tri