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

ar
Tin bài khác
Tàu Orion hạ cánh an toàn, mở ra kỷ nguyên mới chinh phục Mặt Trăng

Tàu Orion hạ cánh an toàn, mở ra kỷ nguyên mới chinh phục Mặt Trăng

Tàu vũ trụ Orion thuộc sứ mệnh Artemis II đã tiếp nước thành công ngoài khơi San Diego (Mỹ), đánh dấu kết thúc hành trình 10 ngày bay quanh Mặt Trăng. Thành công này được xem là bước tiến quan trọng đưa con người trở lại quỹ đạo chinh phục Mặt Trăng sau hơn nửa thế kỷ.
Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: Eximbank đặt kế hoạch lợi nhuận thận trọng, không chia cổ tức năm 2026

Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: Eximbank đặt kế hoạch lợi nhuận thận trọng, không chia cổ tức năm 2026

Tuần qua đã có nhiều ngân hàng đã có những động thái quan trọng nhằm mở rộng dịch vụ đầu xuân và thu hút khách hàng với hàng loạt diễn biến đáng chú ý liên quan đến hoạt động kinh doanh: Bảo Việt hưởng lợi lớn từ lãi suất tăng; VietinBank khẳng định vị thế; TPBank tiên phong đạt chuẩn trải nghiệm khách hàng quốc tế ICXS2019...
Tiêu chuẩn ISA/IEC 62443 và vai trò của yếu tố con người trong an ninh mạng công nghiệp

Tiêu chuẩn ISA/IEC 62443 và vai trò của yếu tố con người trong an ninh mạng công nghiệp

Trong kỷ nguyên số hóa sản xuất, an ninh mạng không còn chỉ là vấn đề của hệ thống công nghệ thông tin (IT) mà đã trở thành yếu tố sống còn đối với các hệ thống công nghệ vận hành (OT). Khác với môi trường IT truyền thống, nơi rủi ro chủ yếu liên quan đến dữ liệu, các hệ thống OT liên quan trực tiếp đến quy trình vật lý, thiết bị sản xuất và an toàn con người. Chính vì vậy, tiêu chuẩn ISA/IEC 62443 đang ngày càng được các chuyên gia tư vấn an ninh mạng công nghiệp lựa chọn như một nền tảng quan trọng để bảo vệ hệ thống và đảm bảo vận hành ổn định.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 12/4/2026: Tuổi Tuất khá thăng trầm, tuổi Dần vấp phải trở ngại

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 12/4/2026: Tuổi Tuất khá thăng trầm, tuổi Dần vấp phải trở ngại

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 12/4/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Các quốc gia cần chủ động dự trữ năng lượng trước sức ép biến động địa chính trị

Các quốc gia cần chủ động dự trữ năng lượng trước sức ép biến động địa chính trị

Biến động địa chính trị tại Trung Đông đang gây áp lực lớn lên thị trường năng lượng, đẩy giá dầu và chi phí logistics tăng cao. Vì vậy, các quốc gia cần có giải pháp xây dựng chiến lược năng lượng dài hạn để chủ động về năng lượng. Đó là nội dung chính trong cuộc Hội thảo “Biến động địa - chính trị và chiến lược đảm bảo năng lượng” diễn ra ngày 9/4, do Viện Chiến lược Thương hiệu và Cạnh tranh tổ chức.
Doanh nghiệp Việt ứng phó với khủng hoảng năng lượng như thế nào?

Doanh nghiệp Việt ứng phó với khủng hoảng năng lượng như thế nào?

Trong khuôn khổ Hội thảo “Biến động địa chính trị và chiến lược bảo đảm năng lượng” do Viện Chiến lược Thương hiệu và Cạnh tranh vừa tổ chức tại Hà Nội, các doanh nghiệp đang chịu ảnh hưởng trực tiếp về thiếu hụt năng lượng từ biến động địa chính trị Trung Đông, cùng các chuyên gia kinh tế đã mổ xẻ tác động của biến động giá xăng dầu tới nền kinh tế, tìm giải pháp để giải quyết thách thức.
Doanh nghiệp Việt Nam đang ở đâu trên bản đồ năng lực công nghệ?

Doanh nghiệp Việt Nam đang ở đâu trên bản đồ năng lực công nghệ?

Trong khi chuyển đổi số và công nghiệp 4.0 trở thành những khái niệm quen thuộc, câu hỏi quan trọng hơn lại ít được trả lời: năng lực công nghệ thực sự của doanh nghiệp Việt Nam đang ở mức nào? Từ những doanh nghiệp AI, nhà máy bán tự động đến dây chuyền robot hóa, bức tranh cho thấy một thực tế nhiều tầng nấc - nơi doanh nghiệp đang nỗ lực vươn lên, nhưng vẫn đối mặt với những giới hạn không dễ vượt qua.
Kết nối chuỗi cung ứng toàn cầu: “Thời điểm vàng” cho doanh nghiệp công nghiệp hỗ trợ Việt Nam

Kết nối chuỗi cung ứng toàn cầu: “Thời điểm vàng” cho doanh nghiệp công nghiệp hỗ trợ Việt Nam

Trong bối cảnh chuỗi cung ứng toàn cầu đang tái cấu trúc mạnh mẽ, doanh nghiệp công nghiệp hỗ trợ Việt Nam đứng trước cơ hội lớn để bứt phá. Tuy nhiên, để chuyển hóa cơ hội thành lợi ích thực chất, yêu cầu đặt ra là phải nâng cao năng lực, đáp ứng các tiêu chuẩn quốc tế ngày càng khắt khe.
Thống nhất dự thảo Nghị quyết của Quốc hội về cơ chế, chính sách đột phá phát triển văn hóa Việt Nam

Thống nhất dự thảo Nghị quyết của Quốc hội về cơ chế, chính sách đột phá phát triển văn hóa Việt Nam

Chính phủ ban hành Nghị quyết số 90/NQ-CP về dự thảo Nghị quyết của Quốc hội về một số cơ chế, chính sách đột phá phát triển văn hóa Việt Nam.
Thúc đẩy sản xuất thông minh bằng robot tự hành và hệ sinh thái số

Thúc đẩy sản xuất thông minh bằng robot tự hành và hệ sinh thái số

Tại MACH 2026, ABB Robotics sẽ giới thiệu loạt giải pháp tự động hóa tiên tiến, tập trung vào việc nâng cao năng suất, tăng tính linh hoạt và đẩy nhanh quá trình chuyển đổi số trong ngành sản xuất. Sự kiện này đánh dấu bước tiến mới trong việc tích hợp robot tự hành đa năng (AVR) và các công cụ kỹ thuật số vào hệ sinh thái sản xuất hiện đại.
song-gia-tri