Tag:
Lỗ đen
Phát hiện sóng hấp dẫn: bước đột phá được vinh danh bằng Giải thưởng Nobel
Phát hiện sóng hấp dẫn
Sóng hấp dẫn là những gợn sóng trong không thời gian, được Albert Einstein dự đoán cách đây hơn một thế kỷ. Chúng được tạo ra bởi chuyển động của các vật thể có khối lượng lớn, chẳng hạn như hố đen và sao neutron.
Vào năm 2015, Đài quan sát sóng hấp dẫn bằng giao thoa laser (LIGO), một thiết bị khổng lồ được thiết kế để phát hiện sóng hấp dẫn, đã lần đầu tiên phát hiện trực tiếp những gợn sóng khó nắm bắt này. Khám phá này là một bước đột phá khoa học lớn, xác nhận một trong những nguyên lý cốt lõi của Thuyết tương đối rộng của Einstein.
Giải thưởng Nobel Vật lý
Vì những công trình đột phá của mình trong việc phát hiện sóng hấp dẫn, ba nhà vật lý người Mỹ đã được trao Giải thưởng Nobel Vật lý năm 2017:
- Rainer Weiss thuộc Viện Công nghệ Massachusetts
- Kip S. Thorne thuộc Viện Công nghệ California
- Barry C. Barish thuộc Viện Công nghệ California
Đài quan sát sóng hấp dẫn bằng giao thoa laser (LIGO)
LIGO là một thiết bị phức tạp bao gồm hai máy dò hình chữ L, một ở Louisiana và một ở tiểu bang Washington. Mỗi máy dò có hai cánh tay dài 2,5 dặm với các gương phản xạ cao ở mỗi đầu.
LIGO hoạt động bằng cách đo thời gian một chùm tia laser phản xạ giữa các gương. Bất kỳ thay đổi nhỏ nào về thời gian di chuyển của tia laser đều có thể chỉ ra sự đi qua của một sóng hấp dẫn.
Tác động của việc phát hiện sóng hấp dẫn
Việc phát hiện ra sóng hấp dẫn đã có tác động sâu sắc đến vật lý và thiên văn học. Nó đã:
- Xác nhận một trong những tiên đoán chính của Thuyết tương đối rộng của Einstein
- Cung cấp một công cụ mới để nghiên cứu vũ trụ, bao gồm cả các hố đen và sao neutron
- Mở ra khả năng nghiên cứu sóng hấp dẫn từ vũ trụ sơ khai, bao gồm cả Vụ nổ lớn
Tương lai của thiên văn học sóng hấp dẫn
Việc phát hiện ra sóng hấp dẫn chỉ là sự khởi đầu. LIGO và các đài quan sát sóng hấp dẫn khác đang tiếp tục cải thiện độ nhạy của chúng, cho phép chúng phát hiện các sóng hấp dẫn yếu hơn.
Trong tương lai, thiên văn học sóng hấp dẫn dự kiến sẽ cách mạng hóa sự hiểu biết của chúng ta về vũ trụ, cung cấp cái nhìn sâu sắc về những hiện tượng cực đoan và bí ẩn nhất, chẳng hạn như sự hợp nhất của các lỗ đen và Vụ nổ lớn.
Những nhân vật chính trong khám phá
Kip Thorne
Kip Thorne là một nhà vật lý lý thuyết đóng vai trò hàng đầu trong quá trình phát triển LIGO. Ông là một trong những nhà khoa học đầu tiên tin rằng sóng hấp dẫn có thể được phát hiện và ông đã giúp thiết kế và xây dựng các máy dò LIGO.
Rainer Weiss
Rainer Weiss là một nhà vật lý thực nghiệm được ghi nhận với công lao phát triển khái niệm ban đầu cho LIGO. Ông đã lãnh đạo nhóm xây dựng máy dò LIGO đầu tiên vào những năm 1970.
Barry Barish
Barry Barish là một nhà vật lý thực nghiệm trở thành giám đốc LIGO vào năm 1994. Ông được ghi nhận với việc tổ chức lại và quản lý dự án, dự án này đang gặp khó khăn vào thời điểm đó. Dưới sự lãnh đạo của ông, LIGO đã được hoàn thành và lần đầu tiên phát hiện ra sóng hấp dẫn vào năm 2015.
Thách thức và hạn chế
Việc phát hiện sóng hấp dẫn là một nhiệm vụ đầy thách thức. Các sóng cực kỳ yếu và chúng có thể dễ dàng bị che khuất bởi các nhiễu loạn khác. LIGO và các đài quan sát sóng hấp dẫn khác phải cực kỳ nhạy để phát hiện những gợn sóng này.
Một hạn chế khác của thiên văn học sóng hấp dẫn là nó chỉ có thể phát hiện ra sóng hấp dẫn từ một số loại nguồn nhất định, chẳng hạn như sự hợp nhất của lỗ đen và va chạm của sao neutron. Điều này có nghĩa là thiên văn học sóng hấp dẫn vẫn chưa thể cung cấp một bức tranh hoàn chỉnh về vũ trụ.
Kết luận
Việc phát hiện ra sóng hấp dẫn là một bước đột phá khoa học lớn đã mở ra một cửa sổ mới về vũ trụ. LIGO và các đài quan sát sóng hấp dẫn khác đang tiếp tục cải thiện độ nhạy của chúng, cho phép chúng phát hiện các sóng hấp dẫn yếu hơn và nghiên cứu nhiều hiện tượng vũ trụ hơn. Trong tương lai, thiên văn học sóng hấp dẫn dự kiến sẽ cách mạng hóa sự hiểu biết của chúng ta về vũ trụ, cung cấp cái nhìn sâu sắc về những hiện tượng cực đoan và bí ẩn nhất, chẳng hạn như sự hợp nhất của các lỗ đen và Vụ nổ lớn.
Sự kiện phá vỡ thủy triều: Một cảnh tượng vũ trụ
Sự kiện: Bữa tiệc thiên hà của hố đen
Vào ngày 11 tháng 2 năm 2022, một sự kiện vũ trụ phi thường đã diễn ra cách Trái đất hàng tỷ năm ánh sáng. Một ngôi sao đã đi quá gần một hố đen siêu lớn, dẫn đến một hiện tượng hiếm gặp được gọi là sự kiện phá vỡ thủy triều (TDE).
Trong quá trình TDE, lực hấp dẫn cực lớn của hố đen xé nát ngôi sao, tạo ra các dòng vật chất được gọi là “mì sợi hóa”. Khi vật chất này rơi vào hố đen, nó giải phóng một luồng năng lượng sáng chói mà các nhà thiên văn học có thể phát hiện được.
Phát hiện: Một tia sáng trong bóng tối
Sự kiện TDE, được đặt tên là AT 2022cmc, lần đầu tiên được phát hiện bởi cuộc khảo sát thiên văn Zwicky Transient Facility. Độ sáng đặc biệt của nó ngay lập tức gây chú ý, vượt xa dự kiến của một vụ nổ tia gamma.
Tia phản lực tăng cường Doppler: Ngọn hải đăng vũ trụ
Các nhà nghiên cứu nhanh chóng phát hiện ra rằng tia phản lực của hố đen được hướng thẳng về Trái đất, dẫn đến hiệu ứng “tăng cường Doppler”. Hiệu ứng này khiến tia phản lực trông thậm chí còn sáng hơn, cho phép các nhà thiên văn học quan sát TDE với độ chi tiết chưa từng có.
Ý nghĩa của TDE: Một cửa sổ vào các hố đen siêu lớn
Các sự kiện TDE cực kỳ hiếm, cho đến nay chỉ có một số ít được phát hiện. Các đặc điểm độc đáo của AT 2022cmc cung cấp những hiểu biết có giá trị về sự hình thành và phát triển của các hố đen siêu lớn.
Khoa học đằng sau cảnh tượng
Lực hấp dẫn và mì sợi hóa
Lực hấp dẫn của hố đen rất mạnh đến mức chúng có thể bóp méo và kéo giãn các ngôi sao đến mức không thể nhận ra. Quá trình này, được gọi là mì sợi hóa, tạo ra các dòng vật chất mỏng cung cấp năng lượng cho hố đen.
Hình thành tia phản lực và tăng cường Doppler
Khi vật chất của ngôi sao bị xé nát rơi vào hố đen, nó giải phóng năng lượng dưới dạng tia phản lực. Nếu tia phản lực tình cờ hướng về phía Trái đất, hiệu ứng Doppler sẽ khuếch đại độ sáng của nó, giúp dễ dàng quan sát hơn.
Vai trò của các vụ nổ tia gamma
Các vụ nổ tia gamma là những vụ nổ mạnh mẽ xảy ra khi các ngôi sao lớn sụp đổ. Mặc dù độ sáng của AT 2022cmc ban đầu cho thấy đây là một vụ nổ tia gamma, nhưng các phân tích sâu hơn đã phát hiện ra một nguồn khác: một hố đen siêu lớn.
Tương lai của nghiên cứu TDE
Việc phát hiện ra AT 2022cmc đã mở ra những hướng nghiên cứu mới về TDE và các hố đen siêu lớn. Các nhà thiên văn học hiện đang sử dụng sự kiện này làm mô hình để tìm kiếm và mô tả các TDE khác, qua đó hiểu sâu hơn về các hiện tượng vũ trụ này.
Những bức ảnh không gian đẹp nhất trong tuần
Các vụ nổ của lỗ đen
Lỗ đen thường được mô tả như những chiếc máy hút bụi vũ trụ, hút mọi thứ trên đường đi của chúng. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng chúng thực sự là những kẻ ăn bừa bãi. Khi các lỗ đen nuốt chửng, chúng thải ra một số vật chất rơi vào thông qua những trận gió bức xạ mạnh.
Những cơn gió này có thể có tác động rất lớn. Hầu hết các thiên hà trưởng thành đều chứa các lỗ đen siêu lớn tại lõi của chúng. Một nghiên cứu gần đây sử dụng hai kính viễn vọng tia X đã phát hiện ra rằng những cơn gió từ một thiên hà đặc biệt sáng có một lỗ đen hoạt động có tên là PDS 456 đang thổi qua phần lớn thiên hà. Điều này cho thấy rằng các cơn gió có thể đẩy các loại khí cần thiết để hình thành các ngôi sao mới, có khả năng điều chỉnh sự phát triển của thiên hà chủ.
Cực quang Montana
Vào ngày 18 tháng 2, bầu trời phía trên miền bắc Montana bùng cháy với màn trình diễn cực quang ngoạn mục. Hiện tượng này có thể nhìn thấy ngay cả bên ngoài Vòng Bắc Cực. Trái đất đang đi qua một dòng các hạt Mặt trời, va chạm với các phân tử không khí trong khí quyển của chúng ta để tạo ra màn trình diễn ánh sáng rực rỡ.
Màn trình diễn chính có khả năng xảy ra trên Canada, nơi những người quan sát sẽ chứng kiến những dải sáng màu xanh lá cây phổ biến hơn được tạo ra bởi các hạt Mặt trời va đập vào các phân tử oxy thấp hơn trong khí quyển. Tuy nhiên, từ xa ở Montana, những người quan sát có thể nhìn thấy màu đỏ rực của hoạt động cực quang cao hơn nhiều trên bầu trời.
Ngọn núi lửa đóng băng
Vào ngày 16 tháng 2, một ngọn núi lửa ở Quần đảo Kuril đã phun trào trở lại lần đầu tiên sau bảy năm. Núi lửa Chikurachki phun ra những cột tro bụi cao tới 25.000 feet, bị gió cuốn về phía tây trên vùng đất phủ đầy tuyết. Mặc dù là một ổ dịch hoạt động núi lửa nhưng quần đảo Kuril có người sinh sống và là tâm điểm của một cuộc tranh chấp lãnh thổ kéo dài 60 năm giữa Nhật Bản và Nga.
Bình minh đang đến gần
Sao lùn Ceres là hành tinh lùn chính thức duy nhất nằm trong vành đai tiểu hành tinh giữa Sao Hỏa và Sao Mộc. Kể từ tháng 9 năm 2014, tàu vũ trụ Dawn của NASA đã tiến gần hơn đến mục tiêu nhỏ bé này và hiện đang cung cấp những hình ảnh thậm chí còn tốt hơn cả Kính viễn vọng không gian Hubble.
Những bức ảnh chụp gần đây vào ngày 12 tháng 2 cho thấy hai mặt của Sao lùn Ceres khi vật thể này quay, để lộ các hố va chạm và một số đốm sáng rải rác khiến các nhà thiên văn học bối rối. Dawn dự kiến sẽ bắt đầu quay quanh Sao lùn Ceres vào ngày 6 tháng 3 và hy vọng những hình ảnh chụp cận cảnh của nó sẽ giải quyết được bí ẩn này.
Sự hợp nhất đen tối
Vật chất tối, một loại vật chất vô hình và bí ẩn, dường như đóng một vai trò chỉ đạo trong sự phát triển của các lỗ đen siêu lớn. Các thiên hà có các lỗ đen siêu lớn ở trung tâm của chúng, và các nhà thiên văn học từ lâu đã tin rằng kích thước của lỗ đen phải liên quan đến số lượng các ngôi sao trong thiên hà.
Tuy nhiên, các thiên hà cũng được nhúng trong hào quang của vật chất tối vô hình, nặng hơn tất cả các vật chất có thể nhìn thấy của chúng. Một nghiên cứu gần đây đã phát hiện ra mối quan hệ chặt chẽ giữa khối lượng của các lỗ đen siêu lớn và khối lượng của hào quang vật chất tối của chúng trong 3.000 thiên hà hình elip. Điều này cho thấy rằng vật chất tối, chứ không phải ánh sáng, chi phối kích thước của các lỗ đen.
Mối quan hệ này có thể liên quan đến cách các thiên hà elip hình thành – thông qua sự hợp nhất của hai thiên hà nhỏ hơn. Khi hai thiên hà trở thành một, hào quang vật chất tối sẽ phát triển, tạo ra một “lối đi trọng lực” trên toàn thiên hà, bằng cách nào đó kích hoạt lỗ đen để bùng nổ.
Những bức ảnh không gian đẹp nhất trong tuần
Giấc mơ sâm panh: Tinh vân sủi bọt
Hãy mở toang đôi mắt và chiêm ngưỡng tinh vân RCW 34, nơi những ngôi sao xanh khổng lồ thắp sáng một điệu nhảy vũ trụ đầy sống động quanh một đám mây bụi đỏ và khí hydro xoáy. Hiện tượng được gọi là dòng chảy sâm panh này tạo ra những bong bóng khí nóng ngoạn mục, phun trào từ rìa đám mây ra ngoài, mô phỏng sự sủi bọt của một ly rượu mừng. Các kính viễn vọng hồng ngoại tiết lộ nhiều thế hệ sao ấp ủ trong chiếc nôi vũ trụ này, hé lộ chu kỳ hình thành sao liên tục.
Trái Đất ấn tượng: Bức tranh Bắc Đại Tây Dương
Mùa xuân tô điểm cho Bắc Đại Tây Dương bằng một bảng màu sống động, biến vùng nước thành một kiệt tác nghệ thuật. Các sinh vật biển nhỏ bé được gọi là thực vật phù du tạo nên những xoáy màu xanh lục và màu xanh ngọc, phác họa đường bờ biển và các cao nguyên dưới nước. Vụ mùa thực vật phù du phong phú này nuôi dưỡng một hệ sinh thái trù phú bao gồm cá, động vật có vỏ và động vật có vú biển, khiến vùng này trở thành một trong những ngư trường hiệu quả nhất trên Trái Đất. Các nhà khoa học theo dõi sự nở hoa của thực vật phù du này để đánh giá tác động của biến đổi khí hậu và ô nhiễm đến môi trường biển mỏng manh này.
Động cơ phản lực: Sự hợp nhất của các thiên hà và các hố đen
Hầu hết các thiên hà lớn đều chứa các hố đen siêu lớn ở lõi của chúng, nhưng chỉ một số ít tạo ra các tia tương đối tính – luồng vật chất plasma tốc độ cao phun ra từ trung tâm thiên hà giống như những đài phun nước trên trời. Các quan sát của Kính viễn vọng không gian Hubble đã khám phá ra mối liên hệ chặt chẽ giữa các tia này và các thiên hà đã trải qua quá trình hợp nhất vũ trụ. Khi hai thiên hà va chạm, các hố đen của chúng có thể hợp nhất, tạo ra những luồng vật chất năng lượng này. Tuy nhiên, không phải mọi sự hợp nhất đều tạo ra các tia, điều này cho thấy các yếu tố khác, chẳng hạn như khối lượng của các hố đen liên quan, cũng có thể đóng vai trò.
Dấu hiệu mặt trời: Mặt tiền năng động của Mặt trời
Mặt trời của chúng ta, khi được quan sát qua các bộ lọc khác nhau, cho thấy nhiều hình dạng khác nhau, làm nổi bật lớp plasma sôi sục của nó. Các bước sóng cực tím cực mạnh cho thấy các cấu trúc dạng sợi dài tạo thành một kiểu mẫu “lớn hơn” đặc biệt. Những sợi này là những đám mây vật chất Mặt trời lạnh lơ lửng trên bề mặt do lực từ trường. Chúng có thể ổn định trong nhiều ngày hoặc phun trào, đẩy các khối vật chất Mặt trời vào không gian. Đài quan sát động lực học Mặt trời của NASA liên tục theo dõi Mặt trời để nghiên cứu các hoạt động trên Mặt trời này và dự đoán các vụ phun trào có khả năng gây nguy hiểm có thể ảnh hưởng đến Trái Đất.
Ôm ấp Sao lùn Ceres: Cuộc gặp gỡ của tàu Dawn
Sau hành trình dài ba tỷ dặm, tàu vũ trụ Dawn của NASA đang chuẩn bị đi vào quỹ đạo mới quanh Sao lùn Ceres, hành tinh lùn gần Trái Đất nhất. Giai đoạn tiếp theo của sứ mệnh này, được gọi là quỹ đạo lập bản đồ thứ hai, sẽ cho phép tàu Dawn quan sát sao Ceres chỉ cách bề mặt của nó 2700 dặm, thu thập dữ liệu chi tiết chưa từng có. Các nhà khoa học hy vọng thu được những hiểu biết về cách các hành tinh hình thành từ các nguyên liệu thô của hệ Mặt trời và cách chúng phát triển các lớp bên trong riêng biệt. Những hình ảnh cận cảnh của tàu Dawn về Ceres cũng có thể làm sáng tỏ những đốm sáng bí ẩn được quan sát thấy trong một trong những miệng hố của nó.
Từ khóa đuôi dài:
- Cách các ngôi sao mới hình thành trong RCW 34: Hàm lượng hydro dồi dào trong RCW 34 chỉ ra sự hình thành sao liên tục bên trong đám mây bụi.
- Tác động của biến đổi khí hậu đối với thực vật phù du ở Vịnh Maine và Nova Scotia: Các nhà khoa học theo dõi sự nở hoa của thực vật phù du để đánh giá tác động của biến đổi khí hậu và ô nhiễm đến hệ sinh thái biển trong khu vực.
- Vai trò của sự hợp nhất các hố đen trong sự hình thành các tia tương đối tính: Các quan sát của Kính viễn vọng không gian Hubble đã tiết lộ mối liên hệ giữa sự hợp nhất vũ trụ và sự hình thành các tia tương đối tính trong các thiên hà.
- Các loại bùng nổ trên Mặt trời khác nhau và tác động của chúng đối với Trái Đất: Đài quan sát động lực học Mặt trời theo dõi Mặt trời để nghiên cứu các loại bùng nổ trên Mặt trời khác nhau, bao gồm các đợt bùng phát và các vụ phóng khối lượng vành nhật hoa, cũng như dự đoán tác động tiềm tàng của chúng đối với Trái Đất.
- Làm thế nào tàu vũ trụ Dawn sẽ giúp chúng ta hiểu về sự hình thành của các hành tinh: Sứ mệnh của tàu Dawn tới Ceres và Vesta cung cấp những hiểu biết sâu sắc về sự hình thành và tiến hóa của các hành tinh trong hệ Mặt trời của chúng ta.
Vật thể sáng nhất trong vũ trụ: Một quasar phát sáng cách xa 12 tỷ năm ánh sáng
Các nhà thiên văn học đã phát hiện ra vật thể sáng nhất được biết đến trong vũ trụ, một quasar nằm cách xa 12 tỷ năm ánh sáng. Quasar này, có tên chính thức là J059-4351, là lõi phát sáng của một thiên hà, tỏa sáng gấp hơn 500 nghìn tỷ lần so với mặt trời của chúng ta.
Quasar là gì?
Quasar là những vật thể sáng nhất trong vũ trụ. Chúng được cung cấp năng lượng bởi các hố đen siêu lớn đang tích cực nuốt chửng một đĩa khí và bụi quay quanh. Ma sát được tạo ra bởi vật chất xoáy xung quanh hố đen giải phóng nhiệt phát sáng có thể nhìn thấy từ rất xa.
Quasar phá vỡ kỷ lục
Quasar J059-4351 là vật thể sáng nhất từng được quan sát. Nó được cung cấp năng lượng bởi một hố đen đang nuốt chửng khối lượng lớn hơn khối lượng mặt trời mỗi ngày, khiến nó trở thành hố đen phát triển nhanh nhất mà các nhà khoa học từng thấy.
Đĩa bồi tụ xung quanh hố đen dài gấp 15.000 lần khoảng cách giữa mặt trời và sao Hải Vương. Đĩa này phát sáng rực rỡ khi giải phóng một lượng năng lượng khổng lồ.
Các nhà thiên văn học đã tìm thấy Quasar như thế nào
Các nhà nghiên cứu vô tình phát hiện ra quasar cực sáng này trong các hình ảnh được chụp vào năm 1980 bởi Đài quan sát bầu trời phía nam Schmidt, một kính viễn vọng ở Úc. Tuy nhiên, ban đầu họ đã xác định nhầm nó là một ngôi sao.
Thông thường, các nhà thiên văn học tìm thấy quasar bằng cách sử dụng các mô hình học máy được đào tạo để khảo sát các khu vực rộng lớn trên bầu trời để tìm các vật thể trông giống như quasar đã biết trong dữ liệu hiện có. Điều này khiến việc phát hiện ra các quasar cực sáng khác thường không giống bất kỳ thứ gì đã thấy trước đây trở nên khó khăn hơn.
Năm ngoái, các tác giả nghiên cứu đã xác định rằng vật thể này thực sự là một quasar bằng cách sử dụng một kính viễn vọng tại Đài quan sát Siding Spring ở Úc. Họ đã theo dõi bằng dữ liệu từ Kính viễn vọng rất lớn ở Chile để xác định rằng quasar này là quasar sáng nhất từng được nhìn thấy.
Hố đen ở trung tâm của Quasar
Hố đen ở trung tâm của quasar J059-4351 có khối lượng bằng khoảng 17 tỷ mặt trời. Nó rất háu ăn, tiêu thụ một lượng vật chất tương đương với 413 mặt trời mỗi năm.
Khi hố đen hấp thụ vật chất, nó giải phóng một lượng năng lượng khổng lồ. Năng lượng này làm nóng đĩa bồi tụ đến nhiệt độ 10.000 độ C và tạo ra những cơn gió mạnh có thể bao quanh Trái đất trong một giây.
Tương lai của Quasar
Ánh sáng từ quasar J059-4351 mất khoảng 12 tỷ năm để đến được chúng ta. Điều này có nghĩa là chúng ta đang nhìn thấy quasar như nó đã tồn tại cách đây 12 tỷ năm.
Vào thời điểm đó, vũ trụ còn trẻ hơn và hỗn loạn hơn nhiều so với ngày nay. Có nhiều khí và bụi trôi nổi tự do hơn xung quanh, cung cấp cho hố đen nguồn thức ăn dồi dào.
Tuy nhiên, theo thời gian, phần lớn khí và bụi trong vũ trụ đã kết tụ thành các ngôi sao và thiên hà. Điều này có nghĩa là các hố đen không còn nhiều vật chất để hấp thụ như chúng đã từng làm trong vũ trụ sơ khai.
Do đó, hố đen ở trung tâm của quasar J059-4351 cuối cùng sẽ ngừng phát triển. Wolf tin rằng sẽ không có gì có thể vượt qua kỷ lục này về vật thể sáng nhất trong vũ trụ.