Ảnh hố đen bạn thấy chỉ là hình minh họa, đây mới là những gì kính thiên văn quan sát được

Dày đặc, sâu thẳm, và mạnh mẽ đến không tưởng, những hố đen hé lộ giới hạn của vật lý. Chẳng có thứ gì có thể thoát khỏi chúng, ngay cả ánh sáng.

Nhưng cho dù trong khoa học, rất ít phạm trù có thể kích thích trí tưởng tượng như hố đen, sự thật là chẳng có nhà thiên văn học nào thực sự nhìn thấy một trong số chúng.

“Đã có bằng chứng cực kỳ mạnh mẽ về chúng, và giờ đây thì tất cả các nhà thiên văn đều tin rằng hố đen tồn tại,” trích lời Peter Edmonds, một nhà vật lý thiên văn của NASA. “Nhưng không hề có một bức ảnh trực tiếp nào cả.”

Bất kỳ bức ảnh nào về một khối vật chất tối tăm đang bẻ cong không thời gian … thực ra, đó chỉ là ảnh minh họa:

Thật tuyệt vời. Rất tiếc chỉ là ảnh minh họa.

Vậy tại sao không có nhà thiên văn học nào từng trực tiếp nhìn thấy một hố đen

Vấn đề lớn nhất khi tìm kiếm một hố đen là ngay cả hố đen lớn nhất cũng tương đối nhỏ bé.

“Hố đen lớn nhất trên bầu trời nằm trong trung tâm của Dải Ngân Hà,” Dimitrios Psaltis, nhà vật lý thiên văn tại Đại học Arizona có viết. “Và chụp một bức ảnh của nó cũng giống như chụp một bức ảnh của một đĩa DVD trên bề mặt của mặt trăng vậy.”

Hơn nữa, bởi lực hấp dẫn quá lớn, các hố đen thường được bao quanh bởi những vật chất sáng khiến cho việc quan sát chúng càng khó hơn.

Bởi vậy, khi săn tìm hố đen, các nhà thiên văn học thường không tìm cách quan sát trực diện. Thay vào đó, họ sẽ tìm kiếm những dấu hiệu của hiệu ứng do lực hấp dẫn và bức xạ khổng lồ của hố đen.

“Thường thì chúng tôi sẽ tính toán quỹ đạo của những ngôi sao và khí gas mà dường như đang quay xung quanh một ‘điểm’ rất tối trên bầu trời và tính toán xem khối lượng của điểm tối đó là bao nhiêu,” Psaltis nói. “Nếu như chúng tôi biết rằng sẽ chẳng có đối tượng thiên văn nào khác có thể tối và to lớn như những gì vừa đo đạc được, chúng tôi có thể cho rằng điều này là một bằng chứng thuyết phục rằng có một hố đen nằm ở đó.”

Tuy nhiên, chúng ta lại có những bức ảnh gián tiếp về hố đen

Một trong những bức ảnh gián tiếp tuyệt nhất về hố đen đến từ đài quan sát Chandra X-ray, nơi Edmonds làm việc. “Sự ma sát và vận tốc cực lớn của vật chất hình thành từ hố đen thường sản sinh ra tia X,” ông nói. Và Chandra và một kính thiên văn được thiết kế để quan sát những tia X đó.

Ví dụ, đài quan sát Chandra đã thu thập được pha phun trào tia X phát ra từ sự sáp nhập của hai thiên hà cách xa khoảng 26 triệu năm ánh sáng. Các nhà vật lý thiên văn cho rằng những “cú ợ” đó đến từ một hố đen khổng lồ:

X-ray: NASA/CXC/Univ of Texas/E.Schlegel et al; Optical: NASA/STScI

Tương tự, những đốm màu trong bức hình dưới là một vùng bức xạ tia X cường độ cao, được cho là những hố đen được tao ra khi hai thiên hà (vòng màu xanh và hồng) va chạm:

X-ray: NASA/CXC/MIT/S.Rappaport et al, Optical: NASA/STScI

Còn đây là tia X và sóng âm phát ra từ vùng trung tâm của cụm thiên hà Perseus – càng có thêm những bằng chứng gián tiếp về hố đen

Và với ảnh GIF này, kính thiên văn Chandra đã quan sát được lóe sáng tia X lớn nhất từ hố đen được cho là nằm ở trung tâm của dải Ngân Hà.

NASA/CXC/Amherst College/D.Haggard et al

Và đây là hình ảnh toàn cảnh của lóe sáng tia X đó.

Chúng ta có thể thấy được hố đen phun ra những luồng phản lực vật chất vào trong vũ trụ

Hình ảnh tổng hợp này (từ dữ liệu của Hubble và một kính thiên văn radio) cho thấy phản lực của năng lượng và vật chất bị phun ra khỏi trung tâm của thiên hà Hercules A. Những phản lực này bắn ra với vận tốc gần bằng vận tốc ánh sáng, biểu hiện được sức mạnh hủy diệt khủng khiếp của đối tượng được quan sát.

Bức ảnh tiếp theo là phản lực khổng lồ được cho là bị đẩy ra khỏi hố đen tại trung tâm của Centaurus A, một thiên hà cách xa 13 triệu năm ánh sáng. Những phản lực này còn dài hơn cả chính những thiên hà.

ESO/WFI (visible); MPIfR/ESO/APEX/A.Weiss et al. (microwave); NASA/CXC/CfA/R.Kraft et al. (X-ray)

Các nhà thiên văn đã quan sát những ngôi sao xoay xung quanh một đối tượng tối bí ẩn, và dường như đó chính là hố đen.

Time lapse 16 năm về những ngôi sao chuyển động gần trung tâm của dải Ngân Hà

Đây là một video time lapse 16 năm về những ngôi sao chuyển động gần trung tâm của dải Ngân Hà chính là bằng chứng về việc có một hố đen ở đó.

Sớm thôi, chúng ta sẽ quan sát được một hố đen thực sự

Một bức ảnh thực sự của một hố đen sẽ hé mở chân trời sự kiện của nó. Là một vùng nơi không có thứ gì có thể thoát ra ngoài được. Các nhà khoa học nghĩ rằng chân trời sự kiện sẽ trông giống như những gì bạn thấy ở các bức ảnh minh họa: một ranh giới giữa ánh sáng chói lòa trong vũ trụ và một khoảng trống rỗng.

NASA/JPL-Caltech

Trong bức ảnh minh họa này, một hố đen khổng lồ tại trung tâm được bao quanh bởi vật chất đang trôi dần vào hố đen, thứ được gọi là đĩa bồi tụ. Đĩa này được tạo từ bụi và khí gas trong vũ trụ bị hút vào hố đen bởi lực hấp dẫn của nó. Còn có cả một luồng phản lực của các hạt năng lượng, được cho là tạo ra bởi lực xoáy của hố đen.

Một bức ảnh thực sự có thể cho thấy một đĩa bồi tụ - một vòng vật chất sáng xoáy xung quanh hố đen

Điều thú vị ở đây là trong vài năm tới, các nhà khoa học hy vọng họ có thể xác nhận sự tồn tại của hố đen tại trung tâm của dải Ngân hà - và xác định xem nó trông như thế nào.

Lý do chính là nhờ Kính thiên văn chân trời sự kiện – một hệ thống cảm biến toàn cầu, tạo ra một kính thiên văn lớn như trái đất. Nó đang trong quá trình chụp lại một bức ảnh của hố đen vào cuối năm 2017, và được hy vọng sẽ cho ra bức ảnh đầu tiên của một chân trời sự kiện. “Thứ mà họ mong chờ chính là vùng tối thực sự,” Edmond nói. “Nó sẽ là một thứ gì đó rất lớn lao.”

Với một bức ảnh trực tiếp của hố đen, các nhà khoa học sẽ có thể tìm hiểu nhiều hơn về hiệu ứng của siêu trọng lực, và có thể thử nghiệm kỹ hơn về thuyết tương đối rộng của Einstein.

Theo VOX.