Vào tháng 4/2019, tổ chức hợp tác Kính viễn vọng chân trời sự kiện EHT đã công bố bức ảnh lỗ đen đầu tiên trong lịch sử loài người, gây chú ý toàn cầu. Gần đây, một nhóm nghiên cứu khoa học quốc tế do nhà nghiên cứu Lu Rusen từ Đài thiên văn Thượng Hải thuộc Viện Khoa học Trung Quốc dẫn đầu đã đạt được tiến bộ mới nhất trong nghiên cứu hình ảnh của lỗ đen M87 và thực hiện thành công việc phát hiện hình ảnh chung của lỗ đen M87 và dòng chảy bồi tụ xung quanh của nó. Thành tích này được công bố trực tuyến trên tạp chí học thuật quốc tế Nature vào tối ngày 26/4/2023.
Trong nghiên cứu về lỗ đen này, nhóm nghiên cứu khoa học quốc tế do Đài thiên văn Thượng Hải thuộc Viện Khoa học Trung Quốc dẫn đầu đã sử dụng tổng cộng 16 trạm quan sát trên khắp thế giới để hoàn thành phân tích hình ảnh và khoa học trong dải tần số quan sát khác với sự kiện trước đó kính viễn vọng chân trời và nhận ra M87 Việc phát hiện hình ảnh chung của lỗ đen và dòng bồi tụ xung quanh nó và các tia phản lực đã chụp một "bức ảnh toàn cảnh" về lỗ đen và "môi trường" xung quanh nó, đồng thời lần đầu tiên cho thấy nguồn gốc của dòng chảy bồi tụ và các tia nước gần lỗ đen siêu lớn trung tâm mối quan hệ giữa.
16 trạm tham gia quan trắc. MPIfR/Helge Rottmann
Theo Lu Rusen, một nhà nghiên cứu tại Đài quan sát Thiên văn Thượng Hải thuộc Viện Khoa học Trung Quốc, so với bức ảnh đầu tiên về lỗ đen M87 được chụp bởi Kính viễn vọng Chân trời Sự kiện trước đó, chúng ta có thể thấy cái gọi là "chiếc bánh rán" trên lỗ đen mới này với kích cỡ lớn hơn 50%. Không chỉ nhìn thấy chiếc "bánh rán" này, ở đây chúng ta còn có thể thấy lỗ đen lúc này không còn đơn độc nữa, chúng ta còn nhìn thấy dòng tia do lỗ đen phun ra.
Điều này được hiểu rằng, không giống như những bức ảnh trước đây được chụp bởi tổ chức hợp tác Kính thiên văn chân trời sự kiện, những bức ảnh trước đó là "cận cảnh" của lỗ đen và những gì mọi người có thể nhìn thấy là vòng sáng bao quanh bóng lỗ đen trong ở giữa. Lần này chụp "ảnh toàn cảnh", trong bức ảnh này là các lỗ đen, dòng bồi tụ xung quanh lỗ đen và các tia nước kéo dài từ vùng lân cận của đĩa bồi tụ ra xa. Là một phần mở rộng của các bức ảnh lỗ đen của Kính viễn vọng Chân trời Sự kiện, nó thể hiện đầy đủ mối quan hệ giữa lỗ đen và môi trường xung quanh nó.
Theo The Paper, Lu Rusen, một nhà thiên văn học tại Đài quan sát thiên văn Thượng Hải, lãnh đạo Nhóm đối tác Maple Trung Quốc-Đức, đồng thời là tác giả chính của bài báo, cho biết vật chất xung quanh lỗ đen được cho là đã rơi vào lỗ đen trong một quá trình được gọi là bồi tụ. , nhưng chưa ai từng trực tiếp chụp ảnh nó. "Các vành đai mà chúng ta nhìn thấy trước đây trở nên lớn hơn và dày hơn ở bước sóng 3,5 milimét. Điều này cho thấy bức xạ bổ sung từ vật chất rơi vào lỗ đen có thể được nhìn thấy trong hình ảnh mới. Điều này cho phép chúng ta có được bức tranh đầy đủ hơn về các quá trình Vật lý xung quanh lỗ đen".
Các quan sát thu được nhờ 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).
Sự tham gia của ALMA và GLT giúp cải thiện độ phân giải và độ nhạy của mảng kính viễn vọng liên lục địa này.
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. Họ cũng tiết lộ điều gì đó về bản chất của lỗ đen: Nó không "rất đói". Nó tiêu thụ vật chất ở tốc độ thấp, chỉ chuyển đổi một phần nhỏ thành bức xạ.
Bóng lỗ đen của M87 được chụp cùng với các tia cực mạnh. Ảnh do Đài thiên văn Thượng Hải cung cấp
Giáo sư He Zishan, giám đốc Viện Thiên văn học và Vật lý thiên văn Kavli tại Đại học Bắc Kinh, giới thiệu rằng lần này dựa trên bức ảnh lỗ đen đầu tiên của con người vào năm 2019, xác minh thêm sự tồn tại của các lỗ đen khổng lồ. Và thông qua hình ảnh hoàn chỉnh, người ta đã hiểu thêm về mối liên hệ giữa dòng bồi tụ và dòng phản lực gần lỗ đen siêu lớn trung tâm.
Điều đáng chú ý là trên thực tế, bức ảnh mới đặc biệt này về lỗ đen được chụp vào ngày 14-15/4/2018. Quá trình phát triển một bức ảnh mất 5 năm và vượt qua rất nhiều khó khăn.
Những bức ảnh mới nhất về lỗ đen và tia phụt của M87 (Nguồn: Trang web chính thức của Đài thiên văn Thượng Hải, Viện Khoa học Trung Quốc)
M87 là một trong những hố đen khổng lồ nhất được biết đến trong vũ trụ, với khối lượng gấp 6,5 tỷ lần khối lượng mặt trời. Nó nằm ở trung tâm của thiên hà Messier 87, thiên hà hình elip khổng lồ ở trung tâm của cụm Xử Nữ, cách Trái đất khoảng 55 triệu năm ánh sáng. Hố đen trung tâm của thiên hà M87 có thể điều khiển một luồng năng lượng với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng, có thể vươn xa ra ngoài thiên hà.
Ấn tượng của nghệ sĩ toàn cảnh về lỗ đen M87. Ảnh được cung cấp bởi Đài thiên văn Thượng Hải
Theo khối lượng của lỗ đen M87, các nhà khoa học có thể ước tính rằng đường kính của chân trời sự kiện lỗ đen của nó là khoảng 40 tỷ km và khoảng cách từ sao Diêm Vương đến mặt trời chỉ là 5,8 tỷ km.
Về sự hình thành của lỗ đen, giới khoa học hiện cho rằng các lỗ đen có khối lượng sao được hình thành do sự sụp đổ của các ngôi sao có khối lượng lớn trong quá trình tiến hóa muộn, nhưng các lỗ đen siêu lớn ở trung tâm các thiên hà được hình thành như thế nào vẫn là một bí ẩn chưa có lời giải. Hiện tại, lỗ đen M87 đã phát triển đến giai đoạn ổn định, các nhà khoa học đã sử dụng những hạn chế của Kính viễn vọng Chân trời Sự kiện và dữ liệu quan sát đa dải khác để nghiên cứu trạng thái hiện tại của lỗ đen và môi trường xung quanh, nhưng họ vẫn chưa thể đưa ra câu trả lời câu hỏi về giai đoạn hình thành của lỗ đen.
Trong nghiên cứu về lỗ đen này, nhóm nghiên cứu khoa học quốc tế do Đài thiên văn Thượng Hải thuộc Viện Khoa học Trung Quốc dẫn đầu đã sử dụng tổng cộng 16 trạm quan sát trên khắp thế giới để hoàn thành phân tích hình ảnh và khoa học trong dải tần số quan sát khác với sự kiện trước đó kính viễn vọng chân trời và nhận ra M87 Việc phát hiện hình ảnh chung của lỗ đen và dòng bồi tụ xung quanh nó và các tia phản lực đã chụp một "bức ảnh toàn cảnh" về lỗ đen và "môi trường" xung quanh nó, đồng thời lần đầu tiên cho thấy nguồn gốc của dòng chảy bồi tụ và các tia nước gần lỗ đen siêu lớn trung tâm mối quan hệ giữa.
Theo Lu Rusen, một nhà nghiên cứu tại Đài quan sát Thiên văn Thượng Hải thuộc Viện Khoa học Trung Quốc, so với bức ảnh đầu tiên về lỗ đen M87 được chụp bởi Kính viễn vọng Chân trời Sự kiện trước đó, chúng ta có thể thấy cái gọi là "chiếc bánh rán" trên lỗ đen mới này với kích cỡ lớn hơn 50%. Không chỉ nhìn thấy chiếc "bánh rán" này, ở đây chúng ta còn có thể thấy lỗ đen lúc này không còn đơn độc nữa, chúng ta còn nhìn thấy dòng tia do lỗ đen phun ra.
Điều này được hiểu rằng, không giống như những bức ảnh trước đây được chụp bởi tổ chức hợp tác Kính thiên văn chân trời sự kiện, những bức ảnh trước đó là "cận cảnh" của lỗ đen và những gì mọi người có thể nhìn thấy là vòng sáng bao quanh bóng lỗ đen trong ở giữa. Lần này chụp "ảnh toàn cảnh", trong bức ảnh này là các lỗ đen, dòng bồi tụ xung quanh lỗ đen và các tia nước kéo dài từ vùng lân cận của đĩa bồi tụ ra xa. Là một phần mở rộng của các bức ảnh lỗ đen của Kính viễn vọng Chân trời Sự kiện, nó thể hiện đầy đủ mối quan hệ giữa lỗ đen và môi trường xung quanh nó.
Theo The Paper, Lu Rusen, một nhà thiên văn học tại Đài quan sát thiên văn Thượng Hải, lãnh đạo Nhóm đối tác Maple Trung Quốc-Đức, đồng thời là tác giả chính của bài báo, cho biết vật chất xung quanh lỗ đen được cho là đã rơi vào lỗ đen trong một quá trình được gọi là bồi tụ. , nhưng chưa ai từng trực tiếp chụp ảnh nó. "Các vành đai mà chúng ta nhìn thấy trước đây trở nên lớn hơn và dày hơn ở bước sóng 3,5 milimét. Điều này cho thấy bức xạ bổ sung từ vật chất rơi vào lỗ đen có thể được nhìn thấy trong hình ảnh mới. Điều này cho phép chúng ta có được bức tranh đầy đủ hơn về các quá trình Vật lý xung quanh lỗ đen".
Các quan sát thu được nhờ 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).
Sự tham gia của ALMA và GLT giúp cải thiện độ phân giải và độ nhạy của mảng kính viễn vọng liên lục địa này.
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. Họ cũng tiết lộ điều gì đó về bản chất của lỗ đen: Nó không "rất đói". Nó tiêu thụ vật chất ở tốc độ thấp, chỉ chuyển đổi một phần nhỏ thành bức xạ.
Giáo sư He Zishan, giám đốc Viện Thiên văn học và Vật lý thiên văn Kavli tại Đại học Bắc Kinh, giới thiệu rằng lần này dựa trên bức ảnh lỗ đen đầu tiên của con người vào năm 2019, xác minh thêm sự tồn tại của các lỗ đen khổng lồ. Và thông qua hình ảnh hoàn chỉnh, người ta đã hiểu thêm về mối liên hệ giữa dòng bồi tụ và dòng phản lực gần lỗ đen siêu lớn trung tâm.
Điều đáng chú ý là trên thực tế, bức ảnh mới đặc biệt này về lỗ đen được chụp vào ngày 14-15/4/2018. Quá trình phát triển một bức ảnh mất 5 năm và vượt qua rất nhiều khó khăn.
M87 là một trong những hố đen khổng lồ nhất được biết đến trong vũ trụ, với khối lượng gấp 6,5 tỷ lần khối lượng mặt trời. Nó nằm ở trung tâm của thiên hà Messier 87, thiên hà hình elip khổng lồ ở trung tâm của cụm Xử Nữ, cách Trái đất khoảng 55 triệu năm ánh sáng. Hố đen trung tâm của thiên hà M87 có thể điều khiển một luồng năng lượng với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng, có thể vươn xa ra ngoài thiên hà.
Theo khối lượng của lỗ đen M87, các nhà khoa học có thể ước tính rằng đường kính của chân trời sự kiện lỗ đen của nó là khoảng 40 tỷ km và khoảng cách từ sao Diêm Vương đến mặt trời chỉ là 5,8 tỷ km.
Về sự hình thành của lỗ đen, giới khoa học hiện cho rằng các lỗ đen có khối lượng sao được hình thành do sự sụp đổ của các ngôi sao có khối lượng lớn trong quá trình tiến hóa muộn, nhưng các lỗ đen siêu lớn ở trung tâm các thiên hà được hình thành như thế nào vẫn là một bí ẩn chưa có lời giải. Hiện tại, lỗ đen M87 đã phát triển đến giai đoạn ổn định, các nhà khoa học đã sử dụng những hạn chế của Kính viễn vọng Chân trời Sự kiện và dữ liệu quan sát đa dải khác để nghiên cứu trạng thái hiện tại của lỗ đen và môi trường xung quanh, nhưng họ vẫn chưa thể đưa ra câu trả lời câu hỏi về giai đoạn hình thành của lỗ đen.
