Lý thuyết Einstein Einstein đã được xác nhận vào năm 1919, khi nhà thiên văn học người Anh Sir Arthur Eddington đo được sự bẻ cong của ánh sao xung quanh mặt trời trong một lần nhật thực toàn phần. Và nó đã được xác nhận lại từ đó. Làm thế nào bây giờ?
Cuối cùng kéo ra khỏi bóng tối.Hình ảnh thông qua sự hợp tác của Kính viễn vọng chân trời.
Bởi Kevin Pimbblet, Đại học Hull
Lỗ đen là những siêu sao lâu đời của khoa học viễn tưởng. Nhưng sự nổi tiếng ở Hollywood của họ có một chút kỳ lạ được đưa ra rằng không ai từng thực sự nhìn thấy một người - ít nhất là cho đến bây giờ. Nếu bạn cần phải nhìn để tin, thì hãy cảm ơn Kính thiên văn Sự kiện Chân trời (EHT), nơi vừa tạo ra hình ảnh trực tiếp đầu tiên về lỗ đen. Chiến công tuyệt vời này đòi hỏi sự hợp tác toàn cầu để biến Trái đất thành một kính viễn vọng khổng lồ và hình ảnh một vật thể cách xa hàng nghìn tỷ km.
Cũng tuyệt vời và đột phá như vậy, dự án EHT không chỉ là thực hiện một thử thách. Đây là một thử nghiệm chưa từng có về việc Einstein có ý tưởng nào về bản chất của không gian và thời gian giữ trong hoàn cảnh khắc nghiệt hay không, và nhìn gần hơn bao giờ hết về vai trò của các lỗ đen trong vũ trụ.
Để cắt ngắn một câu chuyện dài: Einstein đã đúng.
Nắm bắt được
Lỗ đen là một vùng không gian có khối lượng rất lớn và dày đặc đến nỗi thậm chí ánh sáng không thể thoát khỏi lực hấp dẫn của nó. Trong bối cảnh đen tối của mực nước ngoài, bắt một người là một nhiệm vụ gần như không thể. Nhưng nhờ vào công trình đột phá của Stephen Hawking, chúng ta biết rằng khối khổng lồ không chỉ là vực thẳm đen. Họ không chỉ có thể phát ra những tia plasma khổng lồ, mà lực hấp dẫn to lớn của họ kéo theo dòng vật chất vào lõi của nó.
Khi vật chất tiến đến một chân trời sự kiện lỗ đen - điểm mà tại đó ánh sáng thậm chí không thể thoát ra - nó tạo thành một đĩa quay quanh. Vật chất trong đĩa này sẽ chuyển đổi một phần năng lượng của nó thành ma sát khi nó cọ xát với các hạt vật chất khác. Điều này làm ấm đĩa, giống như chúng ta làm ấm tay vào một ngày lạnh bằng cách chà xát chúng lại với nhau. Vật chất càng gần thì ma sát càng lớn. Vật chất gần hơn với chân trời sự kiện phát sáng rực rỡ với sức nóng của hàng trăm mặt trời. Chính ánh sáng này mà EHT đã phát hiện ra, cùng với hình bóng của người Hồi giáo của hố đen.
Sản xuất hình ảnh và phân tích dữ liệu đó là một nhiệm vụ khó khăn đáng kinh ngạc. Là một nhà thiên văn học nghiên cứu về các lỗ đen ở các thiên hà xa xôi, tôi thường không thể hình dung rõ ràng một ngôi sao trong các thiên hà đó, chứ đừng nói đến việc nhìn thấy lỗ đen ở trung tâm của chúng.
Nhóm EHT đã quyết định nhắm mục tiêu vào hai trong số các hố đen siêu lớn gần nhất với chúng ta - cả trong thiên hà lớn hình elip, M87 và Sagittarius A *, ở trung tâm Dải Ngân hà của chúng ta.
Để hiểu được nhiệm vụ này khó đến mức nào, trong khi lỗ đen của Dải Ngân hà có khối lượng 4,1 triệu mặt trời và đường kính 60 triệu km, thì cách Trái đất 250.614.750.218.665.392 km - tương đương với việc di chuyển từ London đến New York 45 nghìn tỷ lần. Theo ghi nhận của nhóm EHT, nó giống như ở New York và cố gắng đếm lúm đồng tiền trên một quả bóng golf ở Los Angeles, hoặc chụp ảnh một quả cam trên mặt trăng.
Để chụp một cái gì đó quá xa vời, nhóm nghiên cứu cần một chiếc kính thiên văn lớn như chính Trái đất. Trong trường hợp không có một cỗ máy khổng lồ như vậy, nhóm EHT đã kết nối các kính viễn vọng với nhau trên khắp hành tinh và kết hợp dữ liệu của họ. Để chụp được một hình ảnh chính xác ở khoảng cách như vậy, các kính thiên văn cần phải ổn định và các giá trị đọc của chúng hoàn toàn đồng bộ.
Làm thế nào các nhà nghiên cứu chụp được hình ảnh đầu tiên của một lỗ đen.
Để thực hiện được kỳ tích đầy thách thức này, nhóm nghiên cứu đã sử dụng đồng hồ nguyên tử chính xác đến mức họ chỉ mất một giây trên một trăm triệu năm. 5.000 terabyte dữ liệu được thu thập lớn đến mức nó phải được lưu trữ trên hàng trăm ổ đĩa cứng và được gửi đến một siêu máy tính, điều chỉnh sự khác biệt về thời gian trong dữ liệu và tạo ra hình ảnh ở trên.
Thuyết tương đối rộng được minh oan
Với một cảm giác phấn khích, lần đầu tiên tôi đã xem luồng trực tiếp hiển thị hình ảnh của lỗ đen từ trung tâm của M87.
Việc mang về nhà ban đầu quan trọng nhất là Einstein đã đúng. Lần nữa. Lý thuyết tương đối tổng quát của ông đã vượt qua hai bài kiểm tra nghiêm túc từ vũ trụ, điều kiện khắc nghiệt nhất trong vài năm qua. Ở đây, lý thuyết Einstein Einstein đã dự đoán các quan sát từ M87 với độ chính xác không ngừng, và dường như là mô tả chính xác về bản chất của không gian, thời gian và trọng lực.
Các phép đo tốc độ của vật chất xung quanh tâm của lỗ đen phù hợp với tốc độ của ánh sáng. Từ hình ảnh, các nhà khoa học EHT xác định rằng hố đen M87 có khối lượng gấp 6,5 tỷ lần mặt trời và có chiều ngang 40 tỷ km - đó là lớn hơn so với quỹ đạo 200 năm của sao Hải Vương.
Lỗ đen Milky Way đã quá khó khăn để chụp ảnh chính xác trong khoảng thời gian này do sự thay đổi nhanh chóng trong sản lượng ánh sáng. Hy vọng, sẽ sớm có thêm nhiều kính viễn vọng được thêm vào mảng EHT, để có được hình ảnh rõ ràng hơn về những vật thể hấp dẫn này. Tôi chắc chắn rằng trong tương lai gần, chúng ta sẽ có thể nhìn vào trái tim đen tối của chính thiên hà của chúng ta.
Kevin Pimbblet, Giảng viên cao cấp về Vật lý, Đại học Hull
Điểm mấu chốt: Một nhà vật lý giải thích làm thế nào hình ảnh lỗ đen giúp hỗ trợ thuyết tương đối Einstein Einstein.
Bài viết này được tái bản từ Cuộc hội thoại theo giấy phép Creative Commons. Đọc bài viết gốc.
