Hình ảnh của M87 dưới đây được quan sát ở bước sóng 3,5 mm. Lõi dày đặc của nó lần đầu tiên bị phân hủy ở bước sóng này và được thể hiện dưới dạng cấu trúc vòng trong điều kiện độ phân giải cao (ảnh bên trong).
Vào năm 2017, Kính viễn vọng Chân trời Sự kiện đã chụp được ảnh hố đen M87 - trông giống như một chiếc "bánh rán". Một nhóm nghiên cứu quốc tế do Lu Rusen, nhà nghiên cứu tại Đài thiên văn Thượng Hải thuộc Viện Khoa học Trung Quốc dẫn đầu, đã sử dụng các quan sát mới được thực hiện trong dải sóng milimet để lần đầu tiên nghiên cứu về bóng lỗ đen của thiên hà vô tuyến M87 và môi trường xung quanh nó cho thấy cấu trúc vòng của vật chất rơi vào lỗ đen trung tâm và các tia được chụp ảnh cùng nhau. Những hình ảnh lần đầu tiên cho thấy mối liên hệ giữa dòng bồi tụ gần lỗ đen siêu nặng ở trung tâm và nguồn gốc của các tia. Vào ngày 26/4/2023, theo Tân Hoa xã, các kết quả liên quan đã được công bố và đăng trên tạp chí Nature số mới.
Vật chất xung quanh lỗ đen thường được cho là rơi vào bên trong nó thông qua một quá trình gọi là bồi tụ, nhưng các nhà khoa học chưa bao giờ chụp ảnh trực tiếp về nó. Các quan sát được thực hiện bởi Mảng giao thoa kế đường cơ sở rất dài milimet toàn cầu (GMVA) kết hợp với Mảng milimet/hạ milimet lớn Atacama (ALMA) và Kính thiên văn Greenland (GLT). Việc bổ sung hai trạm quan sát đã tăng cường đáng kể khả năng chụp ảnh của mảng giao thoa kế đường cơ sở rất dài sóng milimet toàn cầu, lần đầu tiên chụp ảnh cấu trúc hình vòng xung quanh lỗ đen M87 ở bước sóng 3,5 milimét.
"Chúng tôi đã nhìn thấy các lỗ đen và tia trong các hình ảnh riêng biệt trước đây. Lần này, chúng tôi đã chụp toàn cảnh lỗ đen và tia trong một dải sóng mới", Lu Rusen nói. "Các vành đai mà chúng ta nhìn thấy trước đây trở nên lớn hơn và dày hơn ở bước sóng 3,5 mm. Điều này cho thấy bức xạ bổ sung từ vật chất rơi vào lỗ đen có thể được nhìn thấy trong các hình ảnh mới, cho chúng ta bức tranh hoàn chỉnh hơn về các quá trình vật lý xung quanh lỗ đen".
Đường kính của cấu trúc hình vòng được đo bằng Mảng giao thoa kế đường cơ sở rất dài là 64 microarc giây, tương đương với việc nhìn thấy ánh sáng lấp đầy hình vòng có đường kính 13 cm khi các phi hành gia trên mặt trăng nhìn lại trái đất. Con số này lớn hơn 50% so với cấu trúc vòng được quan sát thấy trong các quan sát 1,3mm trước đó của Kính viễn vọng Chân trời Sự kiện và phù hợp với kỳ vọng đối với bức xạ plasma tương đối tính của khu vực.
Phát xạ vô tuyến từ M87 được tạo ra bởi sự tương tác của các electron năng lượng và từ trường, một hiện tượng được gọi là bức xạ synchrotron. Ở bước sóng 3,5 mm, các quan sát mới tiết lộ thêm chi tiết về vị trí và năng lượng của các electron này. Các quan sát cũng phát hiện ra rằng lỗ đen không "rất đói" - nó tiêu thụ vật chất ở tốc độ thấp, chỉ chuyển đổi một phần của nó thành bức xạ. Nhóm nghiên cứu khoa học cho biết thông qua các thử nghiệm mô phỏng trên máy tính, họ kết luận phạm vi lớn hơn của vòng sáng có liên quan đến dòng bồi tụ.
Các nhà nghiên cứu từ Đài quan sát Thiên văn Quốc gia Nhật Bản cho biết "một số điều đáng ngạc nhiên đã được tìm thấy trong dữ liệu". Ở khu vực bên trong gần lỗ đen, độ rộng của bức xạ rộng hơn dự kiến. Điều này có thể có nghĩa là không chỉ có khí rơi vào xung quanh lỗ đen mà còn có một "cơn gió" thổi ra, gây ra nhiễu loạn và hỗn loạn xung quanh lỗ đen".
Các quan sát sâu hơn và một mảng kính viễn vọng mạnh mẽ sẽ tiếp tục làm sáng tỏ bí ẩn về M87. Trong tương lai, các quan sát sóng milimet sẽ nghiên cứu sự tiến hóa theo thời gian của lỗ đen M87 và sẽ kết hợp các hình ảnh "ánh sáng vô tuyến" có màu sắc khác nhau để thu được chế độ xem nhiều màu của vùng lỗ đen ở trung tâm của M87.
Shen Zhiqiang, giám đốc Đài thiên văn Thượng Hải thuộc Viện Khoa học Trung Quốc, cho biết những hình ảnh bước sóng 3,5 mm được hiển thị lần này đại diện cho những thành tựu mới nhất. Tuy nhiên, để tiết lộ bí ẩn về cơ chế vật lý của sự hình thành, gia tốc và sự lan truyền chuẩn trực của lỗ đen siêu lớn ở trung tâm M87 và các tia tương đối tính của nó, cần phải chụp nhiều ảnh chất lượng cao hơn với nhiều màu sắc hơn, bao gồm cả sóng hạ milimet ở 0,8 mm hoặc ngắn hơn Ảnh lỗ đen bước sóng dài, cũng như ảnh toàn cảnh về lỗ đen và tia có bước sóng dài tới 7 mm, "tương lai rất thú vị!"
Vật chất xung quanh lỗ đen thường được cho là rơi vào bên trong nó thông qua một quá trình gọi là bồi tụ, nhưng các nhà khoa học chưa bao giờ chụp ảnh trực tiếp về nó. Các quan sát được thực hiện bởi Mảng giao thoa kế đường cơ sở rất dài milimet toàn cầu (GMVA) kết hợp với Mảng milimet/hạ milimet lớn Atacama (ALMA) và Kính thiên văn Greenland (GLT). Việc bổ sung hai trạm quan sát đã tăng cường đáng kể khả năng chụp ảnh của mảng giao thoa kế đường cơ sở rất dài sóng milimet toàn cầu, lần đầu tiên chụp ảnh cấu trúc hình vòng xung quanh lỗ đen M87 ở bước sóng 3,5 milimét.
"Chúng tôi đã nhìn thấy các lỗ đen và tia trong các hình ảnh riêng biệt trước đây. Lần này, chúng tôi đã chụp toàn cảnh lỗ đen và tia trong một dải sóng mới", Lu Rusen nói. "Các vành đai mà chúng ta nhìn thấy trước đây trở nên lớn hơn và dày hơn ở bước sóng 3,5 mm. Điều này cho thấy bức xạ bổ sung từ vật chất rơi vào lỗ đen có thể được nhìn thấy trong các hình ảnh mới, cho chúng ta bức tranh hoàn chỉnh hơn về các quá trình vật lý xung quanh lỗ đen".
Đường kính của cấu trúc hình vòng được đo bằng Mảng giao thoa kế đường cơ sở rất dài là 64 microarc giây, tương đương với việc nhìn thấy ánh sáng lấp đầy hình vòng có đường kính 13 cm khi các phi hành gia trên mặt trăng nhìn lại trái đất. Con số này lớn hơn 50% so với cấu trúc vòng được quan sát thấy trong các quan sát 1,3mm trước đó của Kính viễn vọng Chân trời Sự kiện và phù hợp với kỳ vọng đối với bức xạ plasma tương đối tính của khu vực.
Phát xạ vô tuyến từ M87 được tạo ra bởi sự tương tác của các electron năng lượng và từ trường, một hiện tượng được gọi là bức xạ synchrotron. Ở bước sóng 3,5 mm, các quan sát mới tiết lộ thêm chi tiết về vị trí và năng lượng của các electron này. Các quan sát cũng phát hiện ra rằng lỗ đen không "rất đói" - nó tiêu thụ vật chất ở tốc độ thấp, chỉ chuyển đổi một phần của nó thành bức xạ. Nhóm nghiên cứu khoa học cho biết thông qua các thử nghiệm mô phỏng trên máy tính, họ kết luận phạm vi lớn hơn của vòng sáng có liên quan đến dòng bồi tụ.
Các nhà nghiên cứu từ Đài quan sát Thiên văn Quốc gia Nhật Bản cho biết "một số điều đáng ngạc nhiên đã được tìm thấy trong dữ liệu". Ở khu vực bên trong gần lỗ đen, độ rộng của bức xạ rộng hơn dự kiến. Điều này có thể có nghĩa là không chỉ có khí rơi vào xung quanh lỗ đen mà còn có một "cơn gió" thổi ra, gây ra nhiễu loạn và hỗn loạn xung quanh lỗ đen".
Các quan sát sâu hơn và một mảng kính viễn vọng mạnh mẽ sẽ tiếp tục làm sáng tỏ bí ẩn về M87. Trong tương lai, các quan sát sóng milimet sẽ nghiên cứu sự tiến hóa theo thời gian của lỗ đen M87 và sẽ kết hợp các hình ảnh "ánh sáng vô tuyến" có màu sắc khác nhau để thu được chế độ xem nhiều màu của vùng lỗ đen ở trung tâm của M87.
Shen Zhiqiang, giám đốc Đài thiên văn Thượng Hải thuộc Viện Khoa học Trung Quốc, cho biết những hình ảnh bước sóng 3,5 mm được hiển thị lần này đại diện cho những thành tựu mới nhất. Tuy nhiên, để tiết lộ bí ẩn về cơ chế vật lý của sự hình thành, gia tốc và sự lan truyền chuẩn trực của lỗ đen siêu lớn ở trung tâm M87 và các tia tương đối tính của nó, cần phải chụp nhiều ảnh chất lượng cao hơn với nhiều màu sắc hơn, bao gồm cả sóng hạ milimet ở 0,8 mm hoặc ngắn hơn Ảnh lỗ đen bước sóng dài, cũng như ảnh toàn cảnh về lỗ đen và tia có bước sóng dài tới 7 mm, "tương lai rất thú vị!"
