Các kính thiên văn lần đầu tiên chụp ảnh luồng tia và lỗ đen siêu khối lượng của M87

Các nhà nghiên cứu về lỗ đen siêu khối lượng tại tâm thiên hà M87 đã tìm ra nguồn gốc của luồng tia lỗ đen khủng khiếp và chụp ảnh cả luồng tia lẫn cái nguồn phát của nó. Hơn thế, các quan sát còn cho thấy vòng tròn quanh lỗ đen lớn hơn những gì trước đây các nhà khoa học nghĩ.

Các quan sát đã được xuất bản trên Nature 1.

Dự án The Global mm-VLBI Array (GMVA) đã liên kết các kính thiên văn khắp thế giới đã tạo ra những kết quả mới, bao gồm Đài quan sát Sóng thiên văn quốc gia của NSF (NRAO) Đài quan sát Green Bank (GBO), Kính thiên văn Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), Very Long Baseline Array (VLBA), và kính thiên văn Green Bank Telescope (GBT).

Lỗ đen siêu khối lượng tại trung tâm của thiên hà M87 là vật thể được ghi nhận nhiều nhất tại vũ trụ này. Đây cũng là lỗ đen đầu tiên được chụp ảnh lại, do nhóm các nhà thiên văn trong Nhóm hợp tác Chân trời sự kiện (EHT) và công bố vào năm 2019. Hình ảnh của cái lõi đen, đậm đặc được đóng khung trong một vòng tròn sáng vô định hình đã nhanh chóng được quốc tế quan tâm.

“M87 đã được quan sát trong nhiều thập kỷ, và 100 năm trước chúng ta cũng đã biết có những luồng tia ở đó nhưng chúng ta không thể đặt nó vào trong bối cảnh này”, Ru-Sen Lu, một nhà thiên văn học tại Đài Quan sát thiên văn Thượng Hải, phụ trách một nhóm nghiên cứu Max Planck tại Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, và tác giả thứ nhất của bài báo mới. “Với GMVA, bao gồm những thiết bị tiên tiến lần đầu có trên thế giới tại NRAO và GBO, chúng tôi quan sát tại mức tần số thấp hơn đến mức chúng tôi còn thấy nhiều chi tiết hơn – và giờ chúng tôi biết là có thêm nhiều chi tiết thể quan sát”.

Eduardo Ros, một nhà thiên văn học và nhà điều phối giao thoa kế đường cơ sở rất dài (VLBI) tại Viện nghiên cứu Thiên văn vô tuyến Max Planck cho biết thêm, “Chúng tôi đã từng thấy vòng tròn này trước đây và giờ thì còn thấy cả tia. Điều này đặt vòng tròn sáng vào trong bối cảnh mà nó cho ta thấy chùm tia lớn hơn những gì chúng ta nghĩ trước đây. Nếu trước đây anh nghĩ nó giống như hơi thở đầy lửa phụt ra từ miệng một con quái vật, kiểu con rồng và lửa thì giờ chúng ra có thể thấy thực sự con rồng phun ra những luồng lửa”.

Việc sử dụng những kính thiên văn và thiết bị khác nhau đã trao cho nhóm nghiên cứu cái nhìn toàn diện hơn về cấu trúc của lỗ đen siêu khối lượng và tia lỗ đen hơn trước đây với EHT, và tất cả các kính thiên văn đều được yêu cầu là phải vẽ được một bức tranh đầy đủ. Trong khi VLBA đem lại một cái nhìn đầy đủ về cả tia và lỗ đen, ALMA cho phép các nhà khoa học giải quyết được lõi radio sáng của M87, và tạo ra một bức ảnh sắc nét. Độ nhạy của bề mặt GBT cho phép các nhà thiên văn có được cả những phần ở quy mô lớn và nhỏ của vòng tròn và thấy cả các chi tiết tinh tế hơn.

“Bức ảnh nguyên thủy của EHT cho thấy chỉ một phần của các đĩa bồi quanh tâm của lỗ đen. Bằng việc thay đổi các bước sóng quan sát từ 1,3 millimeter đến 3,5 millimeter, chúng tôi có thể thấy nhiều hơn về chiếc đĩa bồi tụ này và giờ là cả tia lỗ đen cùng lúc. Nó cho thấy là vòng tròn quanh lỗ đen lớn hơn những gì chúng ta nghĩ trước đây tới 50% “, Toney Minter, một điều phối viên GMVA với GBT, nhận xét.

Không chỉ là các phần của lỗ đen này hơn hơn các quan sát có bước sóng ngắn hơn trước đây mà còn có thể xác nhận nguồn gốc của luồng tia. Nó sinh ra từ năng lượng của từ trường xung quanh lõi spin của lỗ đen này và gió bốc lên từ đĩa bồi tụ của lỗ đen.

“Các kết quả đó cho thấy lần đầu tiên nơi luồng tia được hình thành. Trước đây, có hai giả thuyết về nơi chúng ra đời”, Minter nói. “Nhưng quan sát này trên thực tế đã cho thấy năng lượng từ từ trường và gió đã phối hợp với nhau”.

Harshal Gupta, thành viên phụ trách chương trình Đài quan sát Green Bank NSF cho biết thêm, “Khám phá này là một minh chứng thuyết phục về năng lực sử dụng các kính thiên văn một cách toàn diện có thể hữu dụng để thúc đẩy những hiểu biết của chúng ta một cách cơ bản về những vật thể thiên văn và hiệu ứng của nó. Thật kích thích khi thấy những dạng khác biệt của kính thiên văn vô tuyến do NSF hỗ trợ hoạt động một cách hiệu quả và đóng vai trò quan trọng trong dự án GMVA để có thể đem lại bức ảnh lớn về lỗ đen ở M87và luồng tia của nó”.

Thanh Phương tổng hợp

Nguồn: https://phys.org/news/2023-04-telescopes-image-m87-supermassive-black.html

https://www.nature.com/articles/d41586-023-01442-x

———————————-

1. https://www.nature.com/articles/s41586-023-05843-w

Tác giả