Bên trái là bức ảnh gốc chụp hố đen được công bố vào năm 2019 và bên phải là hình ảnh phiên bản mới của hố đen sau khi đã được tái điều chỉnh để trở nên chính xác và rõ nét hơn. Các nhà nghiên cứu đã sử dụng các mô phỏng máy tính, thay đổi rất nhiều số thuật toán cũ và áp dụng các mô hình máy học để tạo ra một bức ảnh được cho là chính xác hơn so với phiên bản năm 2019, và phiên bản này cũng được đánh giá là đem lại nhiều giá trị nghiên cứu hơn cho các nhà khoa học.
Một ví dụ để hiểu được vì sao bức ảnh mới lại mang nhiều giá trị nghiên cứu hơn: trong vòng màu cam của bức ảnh là một điểm kì dị (singularity) của vũ trụ với lực hút mạnh đến mức không gì có thể thoát ra, kể cả ánh sáng. Theo như bức ảnh mới, ta có thể thấy khu vực này thực tế to và tối hơn rất nhiều. Sự sai lệch kích thước này có thể dẫn theo hàng loạt các tính chất, thông số khác của hố đen cũng trở nên khác đi. Dễ thấy nhất là kích thước của điểm kì dị thực tế có thể to hơn rất nhiều so với hình dung trước đó của chúng ta.
Quay trở lại với câu chuyện về bức ảnh này, cho anh em nào chưa biết hay đã quên, đây là bức ảnh chụp hố đen có tên M87, một hố đen có kích thức lớn cách xa chúng ta 55 triệu năm ánh sáng và ước tính lớn hơn Mặt Trời tới 6.5 tỉ lần. M87 lần đầu được các nhà thiên văn quan sát vào năm 2017 bởi một hệ thống bao gồm nhiều các kính thiên văn đặt trên khắp thế giới, gọi là Even Horizon Telescope (EHT). Sau hai năm quan sát, nhóm các nhà thiên văn tại EHT đã công bố bức ảnh đầu tiên của M87, và đây cũng là bức ảnh đầu tiên mà con người “chụp ảnh” được hố đen.
Hố đen là một khái niệm đã được con người bắt đầu nghĩ tới vào khoảng thế kỉ 18. Ý tưởng ban đầu cho rằng đây là một loại thiên thể có trọng lực siêu mạnh, hút tất cả mọi thứ vào bên trong nó, kể cả ánh sáng cũng không thể thoát ra. Vì ánh sáng một khi đã đi vào hố đen sẽ không thể thoát ra để đi vào mắt (hay thiết bị quan sát) của chúng ta nên trong nhiều trăm năm, đây vẫn chỉ là một vật thể vô hình. Hình dáng của hố đen lúc này được tạo ra nhờ các lý thuyết vật lý và trí tưởng tượng của con người chứ không hề có một hình ảnh thực tế, cho tới năm 2019.
Một ví dụ để hiểu được vì sao bức ảnh mới lại mang nhiều giá trị nghiên cứu hơn: trong vòng màu cam của bức ảnh là một điểm kì dị (singularity) của vũ trụ với lực hút mạnh đến mức không gì có thể thoát ra, kể cả ánh sáng. Theo như bức ảnh mới, ta có thể thấy khu vực này thực tế to và tối hơn rất nhiều. Sự sai lệch kích thước này có thể dẫn theo hàng loạt các tính chất, thông số khác của hố đen cũng trở nên khác đi. Dễ thấy nhất là kích thước của điểm kì dị thực tế có thể to hơn rất nhiều so với hình dung trước đó của chúng ta.
Quay trở lại với câu chuyện về bức ảnh này, cho anh em nào chưa biết hay đã quên, đây là bức ảnh chụp hố đen có tên M87, một hố đen có kích thức lớn cách xa chúng ta 55 triệu năm ánh sáng và ước tính lớn hơn Mặt Trời tới 6.5 tỉ lần. M87 lần đầu được các nhà thiên văn quan sát vào năm 2017 bởi một hệ thống bao gồm nhiều các kính thiên văn đặt trên khắp thế giới, gọi là Even Horizon Telescope (EHT). Sau hai năm quan sát, nhóm các nhà thiên văn tại EHT đã công bố bức ảnh đầu tiên của M87, và đây cũng là bức ảnh đầu tiên mà con người “chụp ảnh” được hố đen.
Hố đen là một khái niệm đã được con người bắt đầu nghĩ tới vào khoảng thế kỉ 18. Ý tưởng ban đầu cho rằng đây là một loại thiên thể có trọng lực siêu mạnh, hút tất cả mọi thứ vào bên trong nó, kể cả ánh sáng cũng không thể thoát ra. Vì ánh sáng một khi đã đi vào hố đen sẽ không thể thoát ra để đi vào mắt (hay thiết bị quan sát) của chúng ta nên trong nhiều trăm năm, đây vẫn chỉ là một vật thể vô hình. Hình dáng của hố đen lúc này được tạo ra nhờ các lý thuyết vật lý và trí tưởng tượng của con người chứ không hề có một hình ảnh thực tế, cho tới năm 2019.
Thật ra việc “chụp” được hố đen cũng là một việc làm mang tính gián tiếp, vì như mình đã nói, chúng ta không thể bắt được ánh sáng từ hố đen để tạo ra hình ảnh. Cái mà chúng ta thực sự chụp được đó chính là ánh sáng hồng ngoại được thu thập từ vùng viền của hố đen, chúng được gọi là “chân trời sự kiện” và “đĩa bồi tụ” (accretion disk), hai trong ba thành phần quan trọng để cấu thành nên hố đen. “Chân trời sự kiện” trong tiếng Anh là Event Horizon, và đây cũng chính là tên của nhóm nghiên cứu đã tạo ra bức ảnh này.
Chân trời sự kiện được cho là ranh giới của hố đen và phần không gian bình thường. Nếu vượt qua chân trời sự kiện, lực hút sẽ mạnh tới nỗi không gì có thể thoát ra được. Các khí gas, bụi vũ trụ, mảnh vỡ không gian trước khi bị cuốn vào bên trong của chân trời sự kiện sẽ xoay vòng cực nhanh quanh điểm kì dị (singularity) của hố đen, tạo thành một đĩa bồi tụ. Điều này khiến chúng nóng lên và tạo ra các bức xạ nhiệt và hồng ngoại. Đây cũng chính là những gì mà nhóm EHT đã chụp lại được.
Nghe cũng không quá phức tạp, nhưng để chụp được những bức xạ này không phải đơn giản như chụp ảnh bằng điện thoại. Các nhà khoa học phải thường xuyên thu thập dữ liệu từ nhiều vị trí tương đối khác giữa Trái Đất và hố đen này. Không phải lúc nào họ cũng thu thập đầy đủ thông tin, do đó nhóm cần phải xử lý các khoảng trống dữ liệu bằng các đưa ra nhiều số liệu giả định và thực hiện vô cùng nhiều thuật toán để những số liệu này càng chính xác càng tốt.
Trong phiên bản hình ảnh mới của M87, các nhà khoa học với sự giúp sức của máy tính và các mô hình machine learning, đã tạo ra hơn 30.000 hình ảnh khác nhau của M87, từ đó xem xét các tính tương đồng, mẫu chung để tạo ra một hình ảnh duy nhất.
Tấm này mới này giúp họ lắp được những khoảng trống thông tin từng bị bỏ lỡ, từ đó suy đoán được các đặc tính của M87 chính xác hơn. Bên cạnh vùng kì dị to lớn hơn như đã đề cập đầu bài, việc “vòng cam” mỏng hơn đáng kể so với ban đầu cũng giúp các nhà nghiên cứu hiểu rõ hơn về lực hút của hố đen này, về lượng vật chất ở không gian xung quanh nó,…etc.
Nhóm EHT cho rằng, công nghệ máy tính đang ngày một tiên tiến hơn, và một ngày nào đó chúng ta sẽ lại thấy thêm một phiên bản khác, chính xác hơn của M87.
Tham khảo NPR
