Kính viễn vọng Không gian James Webb của NASA. Nhà cung cấp hình ảnh: Phòng thí nghiệm Hình ảnh Khái niệm của Trung tâm Chuyến bay Không gian Goddard của NASA

Webb sẽ giải quyết thách thức khó hiểu về các vết cháy sáng lỗ đen siêu lớn, đã được chứng minh là gây tò mò và khó chịu cho các nhà thiên văn học.

Trong năm đầu tiên hoạt động, NASA‘NS Kính viễn vọng không gian James Webb Bạn sẽ hợp lực với nỗ lực hợp tác toàn cầu để tạo ra hình ảnh về môi trường xung quanh ngay lập tức của khối khổng lồ Hố đen trong trái tim của chúng tôi dải Ngân Hà ngân hà. Kính viễn vọng Chân trời Sự kiện (EHT) được biết đến nhiều nhất với hình ảnh đầu tiên về “bóng tối” của một lỗ đen ở trung tâm của thiên hà M87, và hiện đã nỗ lực chuyển sang môi trường phức tạp hơn của Sagittarius A *, Dải Ngân hà khổng lồ. Hố đen. Trong khi lõi M87 cung cấp mục tiêu tĩnh, vòng cung A * hiển thị các tia sáng nhấp nháy bí ẩn hàng giờ, khiến việc bắn súng trở nên khó khăn hơn. Webb sẽ hỗ trợ với các hình ảnh hồng ngoại của anh ấy về vùng lỗ đen, cung cấp dữ liệu về thời điểm tồn tại của pháo sáng. Đây sẽ là tài liệu tham khảo có giá trị cho nhóm EHT.

Một xoáy khí nóng khổng lồ phát sáng với ánh sáng hồng ngoại, cho biết vị trí gần đúng của lỗ đen siêu lớn ở trung tâm Dải Ngân hà của chúng ta. Hình ảnh tổng hợp đa bước sóng này bao gồm ánh sáng hồng ngoại gần được chụp bởi Kính viễn vọng Không gian Hubble của NASA và là hình ảnh hồng ngoại sắc nét nhất từng được chụp về vùng trung tâm thiên hà khi nó được phát hành vào năm 2009. Các tia sáng flash động trong vùng ngay xung quanh lỗ đen, được gọi là Sagittarius A *, đã làm phức tạp nỗ lực hợp tác của Kính viễn vọng Chân trời Sự kiện (EHT) để tạo ra một hình ảnh gần hơn và chi tiết hơn. Mặc dù bản thân lỗ đen không phát ra ánh sáng và do đó kính thiên văn không thể phát hiện được, nhóm EHT đang nỗ lực để chụp nó bằng cách thu được hình ảnh rõ ràng về bụi và khí nóng, phát sáng trực tiếp xung quanh nó. Nhà cung cấp hình ảnh: NASA, ESA, SSC, CXC, STScI

Trên những đỉnh núi biệt lập trên khắp hành tinh, các nhà khoa học đang chờ đợi từ rằng đêm là đêm: sự phối hợp phức tạp của hàng chục kính viễn vọng trên Trái đất và trong không gian đã được hoàn thành, thời tiết rõ ràng, các vấn đề kỹ thuật đã được giải quyết – các ngôi sao ẩn dụ được xếp thẳng hàng. Đã đến lúc nhìn vào lỗ đen siêu lớn ở trung tâm Dải Ngân hà của chúng ta.

Việc lên lịch Sudoku, theo cách gọi của các nhà thiên văn học, diễn ra hàng ngày trong chiến dịch quan sát thông qua sự hợp tác của Kính viễn vọng Chân trời Sự kiện (EHT) và họ sẽ sớm có một người chơi mới để xem xét; Kính viễn vọng Không gian James Webb của NASA sẽ tham gia những nỗ lực này. Trong danh sách quan sát đầu tiên của Webb, các nhà thiên văn học sẽ sử dụng sức mạnh của nó trong hình ảnh hồng ngoại để giải quyết một số thách thức độc đáo và dai dẳng do lỗ đen của Dải Ngân hà, được gọi là Nhân Mã A * (Sgr A *; dấu hoa thị được phát âm là “sao”).

Vào năm 2017, EHT đã sử dụng lực lượng hình ảnh tổng hợp của tám cơ sở kính viễn vọng vô tuyến trên khắp hành tinh để ghi lại hình ảnh lịch sử đầu tiên của khu vực xung quanh trực tiếp một lỗ đen siêu lớn, trong thiên hà M87. Sgr A * gần hơn nhưng tối hơn lỗ đen M87, và các tia sáng nhấp nháy độc đáo trong vật liệu xung quanh nó làm thay đổi hình thái của ánh sáng hàng giờ, đặt ra thách thức cho các nhà thiên văn học.

Nhà cung cấp hình ảnh: NASA, ESA, SSC, CXC, STScI

Nhà thiên văn học Farhad Yousefzadeh cho biết: “Hố đen siêu lớn của thiên hà chúng ta là hố đen duy nhất được biết có chứa loại ánh sáng này và mặc dù điều đó khiến việc chụp ảnh khu vực này trở nên rất khó khăn, nhưng nó cũng làm cho Sagittarius A * trở nên thú vị hơn về mặt khoa học,” nhà thiên văn học Farhad Yousefzadeh cho biết . , ai là giáo sư ở trường Đại học Northwestern và Điều tra viên chính tại chương trình giám sát Sgr A * của Webb.

Các tia sáng là do sự gia tốc tạm thời nhưng cường độ mạnh của các hạt xung quanh lỗ đen đến năng lượng cao hơn nhiều, với sự phát xạ ánh sáng tương ứng. Một lợi thế đáng kể của việc quan sát Sgr A * bằng cách sử dụng Webb là khả năng thu thập dữ liệu ở hai bước sóng hồng ngoại (F210M và F480M) đồng thời và liên tục, từ vị trí của kính thiên văn bên ngoài Mặt trăng. Webb sẽ có một chế độ xem liên tục, quan sát các chu kỳ đốt cháy và nguội mà nhóm EHT có thể sử dụng làm tài liệu tham khảo với dữ liệu của riêng họ, dẫn đến một bức tranh rõ ràng hơn.

Nguồn hoặc cơ chế gây ra pháo sáng Sgr A * đang được tranh luận nhiều. Các câu trả lời về cách các tia sáng Sgr A * bắt đầu, đạt cực đại và tiêu tan có thể có ý nghĩa sâu rộng đối với việc nghiên cứu các lỗ đen trong tương lai, cũng như các hạt và huyết tương Vật lý, thậm chí cả pháo sáng từ mặt trời.

Khí nóng quay quanh khu vực lỗ đen siêu lớn của Dải Ngân hà, được chiếu sáng bằng ánh sáng cận hồng ngoại do Kính viễn vọng Không gian Hubble của NASA chụp được. Được phát hành vào năm 2009 để kỷ niệm Năm Thiên văn Quốc tế, hình ảnh này là hình ảnh hồng ngoại sắc nét nhất từng có về vùng trung tâm thiên hà. Kính viễn vọng Không gian James Webb sắp tới của NASA, dự kiến ​​phóng vào tháng 12 năm 2021, sẽ tiếp tục tìm kiếm này, kết hợp độ chính xác của lực Hubble với khả năng phát hiện bức xạ hồng ngoại cao hơn. Các quan sát của Webb về các đốm sáng trong khu vực sẽ được các nhà thiên văn học đặc biệt quan tâm, chúng chưa được quan sát thấy xung quanh bất kỳ lỗ đen siêu lớn nào khác và chưa rõ nguyên nhân. Các tia sáng đã làm phức tạp nhiệm vụ của sự hợp tác của Kính viễn vọng Chân trời Sự kiện (EHT) nhằm ghi lại hình ảnh của khu vực trực tiếp xung quanh lỗ đen và dữ liệu hồng ngoại của Webb được kỳ vọng sẽ giúp ích rất nhiều trong việc tạo ra một hình ảnh sạch. Nhà cung cấp hình ảnh: NASA, ESA, STScI và Q. Daniel Wang (UMass)

Sera Markov, một nhà thiên văn học thuộc nhóm nghiên cứu Webb Sgr A * và là phó chủ tịch của Hội đồng Khoa học tại EHT cho biết: “Các lỗ đen thật kỳ diệu. “Lý do các nhà khoa học và các cơ quan vũ trụ trên thế giới nỗ lực rất nhiều để nghiên cứu các lỗ đen là vì chúng là môi trường khắc nghiệt nhất trong vũ trụ đã biết, trong đó chúng ta có thể đưa các lý thuyết cơ bản của mình, chẳng hạn như thuyết tương đối rộng, vào một bài kiểm tra thực tế.”

Các lỗ đen, được Albert Einstein dự đoán như một phần của Thuyết Tương đối Tổng quát của ông, theo nghĩa ngược lại với những gì tên gọi của chúng gợi ý – chứ không phải là một lỗ trống trong không gian, các lỗ đen là vùng vật chất dày đặc nhất và được đóng gói chặt chẽ. . Trường hấp dẫn của một lỗ đen mạnh đến mức nó làm biến dạng kết cấu không gian xung quanh chính nó, và bất kỳ vật chất nào ở quá gần sẽ ở lại với nhau mãi mãi ở đó, cùng với bất kỳ ánh sáng nào mà vật chất phát ra. Đây là lý do tại sao các lỗ đen xuất hiện “màu đen”. Bất kỳ ánh sáng nào được phát hiện bởi kính thiên văn thực ra không phải từ bản thân lỗ đen, mà là từ khu vực xung quanh nó. Các nhà khoa học gọi rìa bên trong cuối cùng của ánh sáng này là chân trời sự kiện, đó là nơi mà sự hợp tác EHT có tên.

Hình ảnh EHT của M87 là bằng chứng trực quan đầu tiên cho thấy những tiên đoán của Einstein về một lỗ đen là đúng. Các lỗ đen vẫn là cơ sở chứng minh cho lý thuyết của Einstein, và các nhà khoa học hy vọng các quan sát đa bước sóng được lập bảng cẩn thận của Sgr A * bởi EHT, Webb, tia X và các đài quan sát khác sẽ thu hẹp biên độ sai số trong các phép tính của thuyết tương đối rộng, hoặc có thể chỉ ra những thế giới vật lý mới không Chúng ta bây giờ đã hiểu nó.

Cả Markov và Zadeh đều lưu ý rằng đây mới chỉ là bước khởi đầu. Markov cho biết: “Đó là một quá trình. Ban đầu, chúng tôi có thể sẽ có nhiều câu hỏi hơn là câu trả lời. và để xác định các mẫu từ các tia sáng ngẫu nhiên Rõ ràng, kiến ​​thức thu được từ việc nghiên cứu Sgr A * sau đó sẽ được áp dụng cho các lỗ đen khác, để xem điều gì là cơ bản trong bản chất của chúng so với điều gì làm cho một lỗ đen trở nên độc đáo.

Vì vậy, lịch trình Sudoku căng thẳng sẽ tiếp tục trong một thời gian, nhưng các nhà thiên văn học đồng ý rằng nó đáng giá. “Đó là điều cao quý nhất mà con người có thể làm, tìm kiếm sự thật,” Zadeh nói. “Đó là bản chất của chúng ta. Chúng ta muốn biết vũ trụ hoạt động như thế nào, bởi vì chúng ta là một phần của vũ trụ. Các lỗ đen có thể nắm giữ manh mối cho một số câu hỏi lớn này.”

Kính viễn vọng Webb của NASA sẽ là đài quan sát khoa học vũ trụ hàng đầu trong thập kỷ tới, khám phá mọi giai đoạn của lịch sử vũ trụ – từ trong hệ mặt trời của chúng ta đến những thiên hà xa xôi nhất có thể quan sát được trong vũ trụ sơ khai và mọi thứ ở giữa. Webb sẽ tiết lộ những khám phá mới và bất ngờ, đồng thời giúp nhân loại hiểu được nguồn gốc của vũ trụ và vị trí của chúng ta trong đó. Webb là một chương trình quốc tế do NASA dẫn đầu với các đối tác ESA (Cơ quan Vũ trụ Châu Âu) và Cơ quan Vũ trụ Canada.