Vào tháng 4 năm 2017, tất cả 8 mảng kính viễn vọng / kính viễn vọng liên quan đến Kính viễn vọng Chân trời Sự kiện chỉ vào Messier 87. Đây là hình dạng của một lỗ đen siêu lớn, nơi có thể nhìn thấy rõ chân trời sự kiện. (EVENT HORIZON ĐIỆN THOẠI THU THẬP ET AL.)

10 bài học sâu sắc từ hình ảnh đầu tiên của chúng tôi về chân trời sự kiện của hố đen

Và những gì chúng ta vẫn còn để học?

Ý tưởng ban đầu về một lỗ đen bắt nguồn từ năm 1783, khi nhà khoa học Cambridge John Michell nhận ra rằng một vật thể đủ lớn trong một không gian đủ nhỏ sẽ khiến mọi thứ - ngay cả ánh sáng - không thể thoát khỏi nó. Hơn một thế kỷ sau, Karl Schwarzschild đã khám phá ra một giải pháp chính xác cho Thuyết tương đối rộng của Einstein đã tiên đoán kết quả tương tự: một lỗ đen.

Cả Michell và Schwarzschild đều dự đoán mối quan hệ rõ ràng giữa chân trời sự kiện hoặc bán kính của vùng mà ánh sáng không thể thoát ra và khối lượng của lỗ đen cũng như tốc độ ánh sáng. Trong 103 năm sau Schwarzschild, dự đoán này đã không được kiểm chứng. Cuối cùng, vào ngày 10 tháng 4 năm 2019, các nhà khoa học đã tiết lộ bức ảnh đầu tiên về chân trời sự kiện của hố đen. Lý thuyết của Einstein đã chiến thắng một lần nữa, cũng như tất cả khoa học.

Lỗ đen lớn thứ hai khi nhìn từ Trái đất, lỗ ở trung tâm của thiên hà M87, được hiển thị trong ba chế độ xem tại đây. Ở trên cùng là quang học từ Hubble, ở phía dưới bên trái là radio từ NRAO và ở phía dưới bên phải là tia X từ Chandra. Mặc dù có khối lượng 6,6 tỷ Mặt trời, nhưng nó xa hơn 2000 lần so với Nhân Mã A *. Kính thiên văn Event Horizon đã cố gắng xem lỗ đen của nó trong radio và đây là vị trí của lỗ đen đầu tiên để lộ chân trời sự kiện. (TOP, QUANG HỌC, ĐIỆN THOẠI KHÔNG GIAN / NASA / WIKISKY; LOWER LEFT, RADIO, NRAO / RẤT LỚN ARRAY (VLA); LOWER RIGHT, X-RAY, NASA / CHANDRA X-RAY TELESCOPE)

Mặc dù chúng ta đã biết nhiều về các lỗ đen trước hình ảnh trực tiếp đầu tiên của một chân trời sự kiện, phiên bản mới này thực sự đủ điều kiện là một người thay đổi trò chơi. Có một loạt các câu hỏi mà chúng tôi đã có trước khám phá này, và nhiều câu hỏi trong số đó đã được trả lời thành công.

Vào ngày 10 tháng 4 năm 2019, sự hợp tác của Kính viễn vọng Chân trời Sự kiện đã phát hành hình ảnh thành công đầu tiên về chân trời sự kiện của lỗ đen. Lỗ đen trong câu hỏi đến từ thiên hà Messier 87: thiên hà lớn nhất và lớn nhất trong siêu thiên hà địa phương của chúng ta. Đường kính góc của chân trời sự kiện được đo là 42 micro-giây, ngụ ý rằng nó sẽ mất 23 triệu triệu lỗ đen có kích thước tương đương để lấp đầy toàn bộ bầu trời.

Quầng sáng khổng lồ xung quanh thiên hà hình elip khổng lồ Messier 87 xuất hiện trên hình ảnh rất sâu này. Sự dư thừa ánh sáng ở phần trên bên phải của quầng sáng này và chuyển động của tinh vân hành tinh trong thiên hà, là những dấu hiệu cuối cùng còn lại của một thiên hà cỡ trung bình gần đây đã va chạm với Messier 87. (CHRIS MIHOS (TRƯỜNG ĐẠI HỌC CASE Western ) / ESO)

Ở khoảng cách 55 triệu năm ánh sáng, khối lượng được suy ra cho lỗ đen lớn gấp 6,5 tỷ lần Mặt trời của chúng ta. Về mặt vật lý, điều đó tương ứng với kích thước lớn hơn quỹ đạo của Sao Diêm Vương quanh Mặt trời. Nếu không có lỗ đen, nó sẽ mất khoảng một ngày để đi qua đường kính chân trời sự kiện. Chỉ vì:

  1. Kính thiên văn Event Horizon có độ phân giải đủ để thấy lỗ đen này,
  2. lỗ đen là nguồn phát sóng mạnh của sóng vô tuyến
  3. và có rất ít phát xạ vô tuyến tiền cảnh làm ô nhiễm tín hiệu,

rằng chúng tôi đã có thể xây dựng hình ảnh đầu tiên này. Bây giờ chúng ta đã làm như vậy, đây là 10 bài học sâu sắc mà chúng ta đã học hoặc đang trên đường học tập.

1. Đây thực sự là một lỗ đen, theo dự đoán của Thuyết tương đối rộng. Nếu bạn đã từng xem một bài báo có tiêu đề như thế, nhà lý thuyết của Mạnh đã mạnh dạn tuyên bố rằng các lỗ đen không tồn tại, hay lý thuyết mới về lực hấp dẫn này có thể vượt qua Einstein, bạn có thể đã cùng nhau hiểu rằng các nhà vật lý không gặp vấn đề gì khi mơ lý thuyết thay thế cho dòng chính. Mặc dù Thuyết tương đối rộng đã vượt qua mọi thử nghiệm mà chúng tôi đã đưa ra, nhưng không thiếu các phần mở rộng, thay thế hoặc thay thế có thể.

Vâng, quan sát này quy định một loạt chúng ra. Bây giờ chúng ta biết đây là một lỗ đen và không phải là một lỗ sâu đục, ít nhất là đối với lớp mô hình lỗ sâu chính thống nhất. Chúng ta biết có một chân trời sự kiện thực sự và không phải là một điểm kỳ dị trần trụi, ít nhất là đối với nhiều lớp người dị thường nói chung. Chúng ta biết rằng chân trời sự kiện không phải là một bề mặt cứng, vì vật chất không ổn định sẽ tạo ra một chữ ký hồng ngoại. Đây là, đến giới hạn của các quan sát chúng tôi đã thực hiện, phù hợp với Thuyết tương đối rộng.

Tuy nhiên, quan sát cũng không nói gì về vật chất tối, hầu hết các lý thuyết trọng lực biến đổi, lực hấp dẫn lượng tử hoặc những gì ẩn sau chân trời sự kiện. Những ý tưởng đó nằm ngoài phạm vi quan sát của Kính viễn vọng Chân trời.

Một loạt các ngôi sao lớn đã được phát hiện gần lỗ đen siêu lớn ở lõi của Dải Ngân hà, trong khi M87 mang đến triển vọng quan sát các đặc điểm hấp thụ từ các ngôi sao gần đó. Điều đó cho phép bạn suy ra một khối cho lỗ đen trung tâm, một cách hấp dẫn. Bạn cũng có thể thực hiện các phép đo khí quay quanh một lỗ đen. Các phép đo khí thấp hơn một cách có hệ thống, trong khi các phép đo hấp dẫn cao hơn. Các kết quả từ Kính thiên văn Chân trời Sự kiện đồng ý với dữ liệu hấp dẫn và không phải với dữ liệu dựa trên khí. (S. SAKAI / A. GHEZ / WM KECK OBSERVATORY / TRUNG TÂM TRUNG TÂM GALACTIC UCLA)

2. Động lực hấp dẫn của các ngôi sao đưa ra ước tính tốt cho khối lượng lỗ đen; quan sát khí không. Trước hình ảnh đầu tiên của Kính viễn vọng Chân trời, chúng tôi đã có một số cách khác nhau để đo khối lượng của các lỗ đen. Chúng ta có thể sử dụng các phép đo của các ngôi sao - chẳng hạn như quỹ đạo riêng của các ngôi sao xung quanh lỗ đen trong thiên hà của chúng ta hoặc các đường hấp thụ của các ngôi sao trong M87 - tạo cho chúng một khối lượng hấp dẫn hoặc phát ra từ khí chuyển động xung quanh màu đen trung tâm hố.

Đối với cả thiên hà và M87 của chúng tôi, hai ước tính này rất khác nhau, với ước tính trọng lực lớn hơn khoảng 50% 90% so với ước tính khí. Đối với M87, các phép đo khí cho thấy khối lượng lỗ đen là 3,5 tỷ Mặt trời, trong khi các phép đo hấp dẫn gần hơn với 6,2 .6,6 tỷ. Từ kết quả của Kính viễn vọng Chân trời Sự kiện, lỗ đen nặng tới 6,5 tỷ khối lượng mặt trời, cho chúng ta biết rằng động lực hấp dẫn là các công cụ theo dõi khối lượng lỗ đen tốt, nhưng suy luận từ khí thiên về giá trị thấp hơn. Đây là một cơ hội tuyệt vời để xem xét lại các giả định vật lý thiên văn của chúng ta về khí quay quanh.

Nằm cách Trái đất khoảng 55 triệu năm ánh sáng, thiên hà M87 chứa một máy bay phản lực tương đối lớn, cũng như các dòng chảy xuất hiện trong cả radio và tia X. Hình ảnh quang học này cho thấy một máy bay phản lực; bây giờ chúng ta biết, từ Kính viễn vọng Chân trời Sự kiện, trục quay của lỗ đen chỉ cách Trái đất, nghiêng khoảng 17 độ. (ESO)

3. Đây phải là một lỗ đen quay và trục quay của nó xảy ra để hướng ra khỏi Trái đất. Với các quan sát về chân trời sự kiện, phát xạ vô tuyến xung quanh nó, máy bay phản lực quy mô lớn và phát xạ vô tuyến mở rộng được đo bởi các đài quan sát khác trước đây, Cộng tác Kính viễn vọng Chân trời đã xác định rằng đây phải là Kerr (quay) chứ không phải một lỗ đen Schwarzschild (không quay).

Không có một tính năng đơn giản nào chúng ta có thể nhìn vào để trêu chọc bản chất này. Thay vào đó, chúng ta phải xây dựng các mô hình rực rỡ của chính lỗ đen và vật chất bên ngoài nó, và sau đó tiến hóa chúng để xem điều gì xảy ra. Khi bạn nhìn vào các tín hiệu khác nhau có thể xuất hiện, bạn có khả năng hạn chế những gì có thể phù hợp với kết quả của bạn. Lỗ đen phải quay và trục quay hướng ra khỏi Trái đất ở khoảng 17 độ.

Khái niệm nghệ thuật của một vòng bồi tụ và phản lực xung quanh một lỗ đen siêu lớn. Mặc dù đây là hình ảnh của chúng tôi về cách các động cơ lỗ đen phải hoạt động trong một thời gian dài, Kính thiên văn Event Horizon đã cung cấp bằng chứng mới xác thực nó. (NASA / JPL-CALTECH)

4. Chúng tôi có thể xác định dứt khoát rằng có vật chất, phù hợp với các đĩa bồi tụ và dòng chảy, xung quanh lỗ đen. Chúng ta đã biết rằng M87 có một máy bay phản lực từ các quan sát quang học và nó cũng phát ra sóng vô tuyến và tia X. Bạn thực sự không thể có được loại bức xạ đó từ các ngôi sao hoặc photon một mình; bạn cần vật chất và điện tử nói riêng. Chỉ bằng cách tăng tốc các electron trong từ trường, bạn mới có thể có được phát xạ vô tuyến đặc trưng mà chúng ta đã thấy: bức xạ synchrotron.

Điều này cũng vậy, mất một lượng công việc mô phỏng đáng kinh ngạc. Bằng cách thay đổi các thông số khác nhau của tất cả các mô hình có thể, bạn biết rằng không chỉ các quan sát này yêu cầu dòng chảy bồi tụ để giải thích kết quả radio, mà chúng còn nhất thiết phải dự đoán kết quả không phải là radio, chẳng hạn như phát xạ tia X. Nó không chỉ là Kính viễn vọng Chân trời Sự kiện thực hiện các quan sát quan trọng cho việc này, mà các đài quan sát khác, như kính viễn vọng tia X Chandra. Các dòng bồi tụ phải nóng lên, như được biểu thị bằng phổ phát xạ trung tâm của M87, phù hợp với các electron gia tốc, tương đối tính trong một từ trường.

Ấn tượng của nghệ sĩ này mô tả các đường đi của photon trong vùng lân cận của lỗ đen. Sự uốn cong hấp dẫn và thu ánh sáng của đường chân trời sự kiện là nguyên nhân của cái bóng được chụp bởi Kính viễn vọng Chân trời Sự kiện. Các photon không bị bắt tạo ra một hình cầu đặc trưng và điều đó giúp chúng tôi xác nhận tính hợp lệ của Thuyết tương đối rộng trong chế độ mới được thử nghiệm này. (NICOLLE R. FULLER / NSF)

5. Vòng nhìn thấy biểu thị cường độ của trọng lực và thấu kính hấp dẫn xung quanh lỗ đen trung tâm; một lần nữa, Thuyết tương đối rộng vượt qua bài kiểm tra. Vòng vô tuyến đó không tương ứng với chính chân trời sự kiện, cũng không tương ứng với một vòng các hạt quay quanh. Nó cũng không phải là quỹ đạo tròn ổn định trong cùng (ISCO) của lỗ đen. Thay vào đó, chiếc nhẫn này phát sinh từ một khối các photon có thấu kính hấp dẫn, bị uốn cong bởi trọng lực của lỗ đen trước khi đi đến mắt chúng ta.

Ánh sáng bị bẻ cong thành một quả cầu lớn hơn bạn mong đợi nếu lực hấp dẫn không quá mạnh. Theo tài liệu đầu tiên trong số sáu bài báo được phát hành bởi Cộng tác Kính viễn vọng Chân trời Sự kiện,

Chúng tôi thấy rằng> 50% tổng lượng từ thông ở quy mô vòng cung đến từ gần đường chân trời và sự phát xạ bị triệt tiêu đáng kể bên trong khu vực này bởi hệ số> 10, cung cấp bằng chứng trực tiếp về bóng dự đoán của lỗ đen.

Thỏa thuận giữa các dự đoán của Thuyết tương đối rộng và những gì chúng ta đã thấy ở đây là một điều đáng chú ý khác trong giới hạn của lý thuyết vĩ đại nhất của Einstein.

Bốn hình ảnh khác nhau từ bốn thời điểm khác nhau cho thấy rõ ràng rằng hai cặp hình ảnh khác nhau rất ít trong khoảng thời gian một ngày, nhưng rất nhiều sau 3 hoặc 4 ngày trôi qua. Với thời gian biến đổi của M87, điều này cực kỳ phù hợp với bức tranh của chúng tôi về cách các lỗ đen nên và làm, phát triển. (SỰ KIỆN THU THẬP ĐIỆN THOẠI HORIZON)

6. Lỗ đen là các thực thể động và bức xạ phát ra từ chúng thay đổi theo thời gian. Với khối lượng được tái tạo là 6,5 tỷ khối lượng mặt trời, phải mất khoảng một ngày để ánh sáng truyền qua chân trời sự kiện của lỗ đen. Điều này đại khái đặt khoảng thời gian mà chúng ta mong đợi để thấy các tính năng thay đổi và dao động trong bức xạ được quan sát bởi Kính viễn vọng Chân trời Sự kiện.

Ngay cả với các quan sát chỉ kéo dài một vài ngày, chúng tôi đã xác nhận rằng cấu trúc của bức xạ phát ra thay đổi theo thời gian, như dự đoán. Dữ liệu năm 2017 chứa bốn đêm quan sát. Ngay cả khi nhìn vào bốn hình ảnh này, bạn có thể thấy trực quan hai ngày đầu tiên có các tính năng tương tự như thế nào và hai ngày sau có các tính năng tương tự nhau, nhưng có những thay đổi rõ ràng có thể nhìn thấy - và thay đổi - giữa các bộ ảnh sớm và muộn. Nói cách khác, các tính năng của bức xạ từ lỗ đen xung quanh M87 thực sự đang thay đổi theo thời gian.

Lỗ đen siêu lớn của thiên hà chúng ta đã chứng kiến ​​một số ngọn lửa cực kỳ sáng chói, nhưng không lỗ nào sáng bằng hoặc lâu dài như XJ1500 + 0134. Do các sự kiện như thế này và nhiều sự kiện khác, một lượng lớn dữ liệu Chandra, trong khoảng thời gian 19 năm, tồn tại của trung tâm thiên hà. Kính thiên văn Event Horizon cuối cùng sẽ cho phép chúng ta thăm dò nguồn gốc của chúng. (NASA / CXC / STANFORD / I. ZHURAVLEVA ET AL.)

7. Kính thiên văn Event Horizon, trong tương lai, sẽ tiết lộ nguồn gốc vật lý của pháo sáng lỗ đen. Chúng ta đã thấy, trong cả tia X và radio, lỗ đen ở trung tâm Dải Ngân hà của chúng ta phát ra những vụ nổ phóng xạ thoáng qua. Mặc dù hình ảnh đầu tiên được phát hành là về lỗ đen cực lớn trong M87, nhưng hình ảnh trong thiên hà của chúng ta - Sagittarius A * - sẽ chỉ lớn như vậy, nhưng sẽ thay đổi theo thời gian nhanh hơn nhiều.

Thay vì 6,5 tỷ khối lượng mặt trời, khối lượng của Nhân Mã A * chỉ bằng 4 triệu khối lượng mặt trời: 0,06% là rất lớn. Điều đó có nghĩa là, thay vì thay đổi theo khoảng thời gian khoảng một ngày, chúng tôi đang xem xét sự thay đổi trong khoảng thời gian khoảng một phút. Các tính năng của nó sẽ phát triển nhanh chóng, và khi một ngọn lửa xảy ra, nó sẽ có thể tiết lộ bản chất của những ngọn lửa đó là gì.

Làm thế nào để pháo sáng liên quan đến nhiệt độ và độ sáng của các tính năng radio chúng ta có thể thấy? Có sự kiện kết nối lại từ tính xảy ra, tương tự như sự phóng đại khối từ mặt trời của chúng ta? Là một cái gì đó bị cắt rời trong dòng chảy bồi tụ? Nhân Mã A * bùng lên hàng ngày, vì vậy chúng tôi sẽ có thể theo dõi các tín hiệu liên quan đến các sự kiện này. Nếu các mô phỏng và quan sát của chúng tôi tốt như M87, và chúng sẽ như vậy, chúng tôi sẽ có thể xác định điều gì thúc đẩy các sự kiện này và thậm chí có thể tìm hiểu những gì rơi vào lỗ đen để tạo ra chúng.

Ấn tượng của nghệ sĩ này mô tả môi trường xung quanh của một lỗ đen, cho thấy một đĩa bồi tụ plasma quá nóng và một máy bay phản lực tương đối tính. Chúng tôi chưa xác định liệu các lỗ đen có từ trường riêng hay không, không phụ thuộc vào vật chất bên ngoài nó. (NICOLLE R. FULLER / NSF)

8. Dữ liệu phân cực đang đến, và sẽ tiết lộ liệu các lỗ đen có từ trường nội tại hay không. Mặc dù tất cả chúng ta chắc chắn đang thưởng thức hình ảnh đầu tiên của chân trời sự kiện của lỗ đen, nhưng điều quan trọng là phải đánh giá cao rằng một hình ảnh hoàn toàn mới đang trên đường: một hình ảnh minh họa sự phân cực ánh sáng đến từ lỗ đen. Do bản chất điện từ của ánh sáng, sự tương tác của nó với từ trường sẽ in một chữ ký phân cực cụ thể lên nó, cho phép chúng ta tái tạo lại từ trường của lỗ đen, cũng như cách trường đó thay đổi theo thời gian.

Chúng ta biết rằng vật chất bên ngoài chân trời sự kiện, vì nó dựa trên các hạt tích điện chuyển động (như electron), sẽ tạo ra từ trường của chính nó. Các mô hình chỉ ra rằng các đường trường có thể vẫn còn trong dòng chảy bồi tụ hoặc đi qua chân trời sự kiện, dẫn đến lỗ đen neo chúng. Có một mối liên hệ giữa các từ trường này, sự bồi tụ và phát triển của lỗ đen và các tia nước mà chúng phát ra. Không có các trường, sẽ không có cách nào để vật chất trong dòng chảy bồi tụ mất đi động lượng góc và rơi vào chân trời sự kiện.

Dữ liệu phân cực, thông qua sức mạnh của hình ảnh phân cực, sẽ cho chúng ta biết điều này. Chúng tôi đã có dữ liệu; chúng ta chỉ cần thực hiện phân tích đầy đủ.

Tại các trung tâm của các thiên hà, tồn tại các ngôi sao, khí, bụi và (như chúng ta biết bây giờ) các lỗ đen, tất cả đều quay quanh và tương tác với sự hiện diện siêu lớn trung tâm trong thiên hà. Quần chúng ở đây không chỉ đáp ứng với không gian cong, mà còn tự uốn cong không gian. Điều này sẽ khiến các lỗ đen trung tâm gặp phải hiện tượng giật, mà các bản nâng cấp trong tương lai của Kính thiên văn Chân trời Sự kiện có thể cho phép chúng ta nhìn thấy. (ESO / MPE / MARC SCHARTMANN)

9. Cải tiến thiết bị cho Kính viễn vọng Chân trời Sự kiện sẽ cho thấy sự hiện diện của các lỗ đen bổ sung gần các trung tâm thiên hà. Khi một hành tinh quay quanh Mặt trời, không phải chỉ vì Mặt trời tạo ra lực hấp dẫn trên hành tinh. Thay vào đó, có một phản ứng bình đẳng và ngược lại: hành tinh quay trở lại Mặt trời. Tương tự, khi một vật thể quay quanh một lỗ đen, nó cũng tạo ra lực hấp dẫn lên chính lỗ đen đó. Với cả một khối lượng lớn gần trung tâm các thiên hà - và, theo lý thuyết, cũng có nhiều lỗ đen nhỏ không nhìn thấy được - lỗ đen trung tâm sẽ trải qua một jitter giống như chuyển động Brown đến vị trí của nó.

Khó khăn trong việc thực hiện phép đo này, ngày nay, là bạn cần một điểm tham chiếu để hiệu chỉnh vị trí của bạn so với vị trí của lỗ đen. Kỹ thuật đo lường này sẽ bao gồm việc xem xét bộ hiệu chuẩn của bạn, sau đó là nguồn của bạn, sau đó là bộ hiệu chuẩn của bạn, sau đó là nguồn của bạn, v.v ... Điều này đòi hỏi phải nhìn đi chỗ khác và sau đó quay lại mục tiêu của bạn rất nhanh. Thật không may, bầu không khí thay đổi quá nhanh, trong khoảng thời gian từ 1 đến 10 giây, bạn không có thời gian để nhìn đi chỗ khác và sau đó quay lại mục tiêu của mình. Nó không thể được thực hiện với công nghệ ngày nay.

Nhưng đây là một lĩnh vực mà công nghệ đang cải thiện nhanh chóng đến không ngờ. Các thiết bị được sử dụng bởi sự hợp tác của Kính viễn vọng Chân trời Sự kiện đang dự đoán các bản nâng cấp và có thể có thể đạt được tốc độ cần thiết vào giữa năm 2020. Câu đố này có thể được giải quyết vào cuối thập kỷ tới, tất cả nhờ vào những cải tiến trong thiết bị.

Bản đồ phơi sáng 7 triệu giây của Chandra Deep Field-South. Khu vực này cho thấy hàng trăm lỗ đen siêu lớn, mỗi lỗ trong một thiên hà vượt xa chúng ta. Trường HÀNG-Nam, một dự án Hubble, đã được chọn để tập trung vào hình ảnh gốc này. Kính thiên văn Event Horizon được nâng cấp cũng có thể có thể xem hàng trăm lỗ đen. (NASA / CXC / B. LUO ET AL., 2017, APJS, 228, 2)

10. Cuối cùng, Kính thiên văn Chân trời Sự kiện cuối cùng có thể nhìn thấy hàng trăm lỗ đen. Để giải quyết lỗ đen, bạn cần khả năng phân giải của mảng kính viễn vọng của bạn tốt hơn (nghĩa là có độ phân giải cao hơn) so với kích thước của vật thể bạn đang nhìn. Đối với Kính thiên văn Event Horizon hiện tại, chỉ có ba lỗ đen được biết đến trong Vũ trụ có đường kính đủ lớn: Sagittarius A *, trung tâm của M87 và trung tâm của thiên hà (yên tĩnh vô tuyến) NGC 1277.

Nhưng chúng ta có thể tăng sức mạnh của Kính viễn vọng Chân trời Sự kiện vượt quá kích thước Trái đất bằng cách phóng kính viễn vọng lên quỹ đạo. Về lý thuyết, điều này đã khả thi về mặt công nghệ. Trên thực tế, nhiệm vụ Spekt-R (hay RadioAstron) của Nga đang thực hiện ngay bây giờ! Một loạt tàu vũ trụ với kính viễn vọng vô tuyến trên quỹ đạo quanh Trái đất sẽ cho phép độ phân giải vượt trội hơn nhiều so với những gì chúng ta có ngày nay. Nếu chúng tôi tăng đường cơ sở lên 10 hoặc 100, độ phân giải của chúng tôi sẽ tăng cùng một lượng. Và tương tự, khi chúng ta tăng tần số quan sát, chúng ta cũng tăng độ phân giải, giống như nhiều bước sóng ánh sáng tần số cao hơn có thể vừa trên cùng một kính viễn vọng.

Với những cải tiến này, thay vì chỉ 2 hoặc 3 thiên hà, chúng ta có thể tiết lộ các lỗ đen trong hàng trăm trong số chúng, hoặc thậm chí có thể hơn thế nữa. Khi tốc độ truyền dữ liệu tiếp tục tăng, có thể liên kết xuống nhanh, vì vậy chúng tôi sẽ không cần phải trả lại dữ liệu cho một vị trí. Tương lai của hình ảnh lỗ đen là tươi sáng.

Điều quan trọng là phải nhận ra rằng chúng ta hoàn toàn không thể làm điều này nếu không có một mạng lưới các nhà khoa học và thiết bị quốc tế, toàn cầu làm việc cùng nhau. Bạn có thể tìm hiểu nhiều hơn về câu chuyện chi tiết về thành tích ngoạn mục này như thế nào, vì nó sẽ được kể trong một bộ phim tài liệu Smithsonian ra mắt vào thứ Sáu, ngày 12 tháng Tư.

Nhiều người đã suy đoán, mặc dù đã quá muộn trong năm nay, nhưng khám phá này có thể dẫn đến giải thưởng Nobel Vật lý được trao vào đầu năm 2020. Nếu điều này xảy ra, các ứng cử viên có thể được trao giải bao gồm:

  • Shep Doeleman, người tiên phong, sáng lập và lãnh đạo dự án này,
  • Heino Falcke, người đã viết bài báo chi tiết về cách thức kỹ thuật VLBI mà Kính viễn vọng Chân trời sử dụng có thể hình ảnh một chân trời sự kiện,
  • Roy Kerr, người có giải pháp cho một lỗ đen xoay trong Thuyết tương đối rộng là nền tảng cho các chi tiết được sử dụng trong mọi mô phỏng ngày nay,
  • Jean-Pierre Luminet, người đầu tiên mô phỏng hình ảnh của một lỗ đen sẽ trông như thế nào vào những năm 1970, thậm chí còn gợi ý M87 là mục tiêu tiềm năng,
  • và Avery Broderick, người đã thực hiện một số đóng góp quan trọng nhất để mô hình hóa dòng chảy bồi tụ xung quanh các lỗ đen.
Sơ đồ này cho thấy vị trí của tất cả các kính viễn vọng và mảng kính viễn vọng được sử dụng trong các quan sát Kính viễn vọng Chân trời Sự kiện 2017 của M87. Chỉ có Kính viễn vọng Nam Cực không thể chụp ảnh M87, vì nó nằm ở phần sai của Trái đất để xem trung tâm của thiên hà đó. (NRAO)

Câu chuyện về Kính viễn vọng Chân trời Sự kiện là một ví dụ đáng chú ý về khoa học có rủi ro cao, có thưởng cao. Trong cuộc rà soát thập phân năm 2009, đề xuất đầy tham vọng của họ tuyên bố rằng sẽ có hình ảnh của một lỗ đen vào cuối những năm 2010. Một thập kỷ sau, chúng tôi thực sự có nó. Đó là một thành tích đáng kinh ngạc.

Nó dựa vào những tiến bộ tính toán, xây dựng và tích hợp một loạt các cơ sở kính viễn vọng vô tuyến và sự hợp tác của cộng đồng quốc tế. Đồng hồ nguyên tử, máy tính mới, bộ tương quan có thể liên kết các đài quan sát khác nhau và nhiều công nghệ mới khác cần được đưa vào mỗi trạm. Bạn cần phải xin phép. Và tài trợ. Và thời gian thử nghiệm. Và, ngoài ra, cho phép quan sát đồng thời trên tất cả các kính thiên văn khác nhau.

Nhưng tất cả những điều này đã xảy ra, và wow, nó đã bao giờ được đền đáp. Chúng ta đang sống trong thời đại của thiên văn học hố đen, và chân trời sự kiện là ở đó để chúng ta hình ảnh và hiểu. Điều này chỉ là khởi đầu. Chưa bao giờ có được nhiều như vậy bằng cách quan sát một khu vực nơi không có gì, thậm chí không ánh sáng, có thể thoát ra.

Tác giả cảm ơn và công nhận các nhà khoa học EHT Michael Johnson và Shep Doeleman vì những hiểu biết đáng kinh ngạc và các cuộc phỏng vấn thông tin liên quan đến kết quả đầu tiên và khả năng trong tương lai của khoa học về lỗ đen, chân trời sự kiện và môi trường xung quanh chúng.

Starts With A Bang hiện đã có mặt trên Forbes và được tái bản trên Medium nhờ những người ủng hộ Patreon của chúng tôi. Ethan là tác giả của hai cuốn sách Beyond The Galaxy và Treknology: The Science of Star Trek from Tricnings to Warp Drive.