Bức ảnh hố đen đầu tiên của loài người và mã nguồn mở đóng vai trò trung tâm cho kết quả đột phá đó.

Hố đen là gì? Tại sao rất khó chụp ảnh Hố đen? Tại sao phải chụp ảnh Hố đen ngược sáng (silhouette)? Tại sao mã nguồn mở đóng vai trò trung tâm cho kết quả đột phá đó?

Hố đen là gì?

Theo định luật vạn vật hấp dẫn của Newton, bất kì vật nào có khối lượng cũng có lực hút (lực hấp dẫn) đối với vật khác. Do vậy, ông giải thích rằng lực hấp dẫn chính là nguyên nhân gây ra việc trái đất quay quanh mặt trời, mặt trăng quay quanh trái đất,…Và để thoát khỏi lực hấp dẫn thì cần một vận tốc đủ để cho vật đó thoát khỏi lực hấp dẫn, người ta gọi đó là vận tốc thoát.

Năm 1783, John Mitchell – nhà khoa học người Anh cho rằng nếu một vật thể có khối lượng cực lớn (vô cùng lớn), thì vận tốc thoát có thể lớn hơn cả vận tốc ánh sáng. Ánh sáng không thể thoát ra khỏi vật thể ấy. Vậy ở bên ngoài sẽ không nhìn thấy nó nữa, vì thế gọi nó là ngôi sao tối.

Quan điểm của Newton ở trên đỉnh cao của sự tối thượng khá lâu cho tới năm 1915, Albert Einstein công bố Thuyết tương đối tổng quát cho rằng bất kì vật nào có khối lượng cũng làm cong không gian xung quanh nó, khối lượng càng lớn thì không gian xung quanh càng bị bẻ cong (minh họa hình 1). Từ đó ông lí giải việc trái đất quay quanh mặt trời là do nó trượt theo không gian cong mà mặt trời tạo ra.

Ai muốn xoắn não mình bằng thuyết tương đối rộng và hẹp có thể đọc cuốn sách này. Hoặc muốn biết về cuộc đời, sự nghiệp của bộ óc khủng nhất thế kỷ 20 có thể đọc cuốn này.

main-qimg-e74751c3925d1e92b63e78c6462b71cf
Hình 1: Biểu diễu khối lượng làm cong không-thời gian

Thuyết tương đối cũng cho thấy nếu vật chất bị dồn nén vào một không gian nhỏ đến một mức nào đấy, nó sẽ bẻ cong không gian đến mức không thứ gì, kể cả ánh sáng, có thể thoát ra được. Cái không gian bị bẻ cong đến mức ấy, chính là điểm kì dị, sau này được đặt tên là Hố đen (hình 1).

Tại sao rất khó chụp ảnh Hố đen?

Những điều nói ở trên vẫn chỉ hoàn toàn là lí thuyết vì muốn cho mọi người tin thì phải chụp ảnh được nó và trưng ra xem hình dáng, màu sắc nó như thế nào. Nhưng vì Hố đen nó hút tất cả mọi thứ kể cả ánh sáng thì làm sao mà chụp được nó đây.

Theo Thuyết tương đối của Einstein, không-thời-gian quanh Hố đen bị bẻ cong đến mức ở bên rìa của chân trời (chỗ mà không nhìn thấy ánh sáng nữa) ánh sáng sẽ chạy vòng quanh trên quỹ đạo Hố đen, như vậy quanh hố đen sẽ có một vòng sáng và Hố đen ấy ắt sẽ phải phủ “bóng” lên cái nền sáng ấy. Tức là ta có thể chụp một tấm ảnh ngược sáng (silhouette) cái Hố đen ấy. Như vậy cứ chụp vòng quanh cái vòng tròn ấy và ghép ảnh lại ta sẽ được chân dung hố đen.

Nhưng nói thì bao giờ cũng dễ hơn làm, chẳng thế mà bao nhiêu năm nhiều bộ óc đỉnh cao cống hiến không biết bao nhiêu thời gian và tiền bạc vào đó có xong đâu.

Theo tính toán: khi muốn chụp ảnh hố đen của thiên hà M-87 bên cạnh thiên hà của chúng ta (dải ngân hà). Lỗ đen ở thiên hà này nặng bằng 6,5 tỷ khối lượng mặt trời và có chiều rộng khoảng 40 tỷ kilômét. Nhưng vì nó ở quá xa, nên góc nhìn của nó từ trái đất cực kỳ hẹp, chỉ cỡ 40 μarcsec (40 micro-arcsecond). Một μarcsec bằng một phần triệu góc giây (10-6 arcsecond). Tưởng tượng nó bé như giờ chúng ta nhìn mặt trăng chỉ bé bằng một phần 50 triệu mặt trăng ta vẫn thường nhìn thấy to nhất vào đêm 16 âm lịch hàng tháng.

Để chụp ảnh một vật thể nhỏ như vậy ta cần kính thiên văn có độ phóng đại cực kỳ lớn và đường kính của nó khoảng 10 ngàn kilômét. Gần bằng đường kính trái đất 13 ngàn kilômét. Vì thế lại cần có giải pháp là đặt nhiều kính thiên văn ở nhiều vị trí khác nhau trên trái đất và đồng bộ chúng bằng đồng hồ nguyên tử. Ai quan tâm chi tiết hơn nữa có thể xem tại https://www.wral.com/science-behind-black-hole-image-may-have-far-reaching-applications/18323558/

Mỗi ảnh ta chụp được lại bé tí so với kích thước vật cần chụp và do khoảng cách ở xa nên tín hiệu rời rạc, không đầy đủ, bị trễ, bị trùng lắp và đầy nhiễu. Những ổ cứng chứa dữ liệu chụp được nhiều tới mức bán sắt vụn được khoảng nửa tấn.

Tại sao mã nguồn mở đóng vai trò trung tâm cho kết quả đột phá đó?

Katie Bouman, một trong những nhà khoa học làm việc trên dự án này viết trên trang facebook cá nhân của cô ấy về thành quả đạt được: “Bức ảnh này là sự kết hợp bởi nhiều phương pháp, không có một thuật toán hoặc cá nhân nào tạo ra nó, nó yêu cầu sự kết hợp tài năng của nhiều nhà khoa học toàn cầu và nhiều năm làm việc chăm chỉ để phát triển các thiết bị, các phương pháp xử lí dữ liệu, các phương pháp xử lí ảnh, các phương pháp phân tích cần thiết”

Hình 9
Hình 2: Bức ảnh Katie Bouman trong phòng làm việc với chiếc laptop và bức ảnh hố đen được lan truyền nhanh trên toàn cầu khi bức ảnh hố đen đầu tiên được công bố ngày 10/4

Nhóm làm việc đã sử dụng ba thư viện để đạt được kỳ tích này, hai trong số ba thư viện hoàn toàn là thư viện mã nguồn mở là Sparselabehtim. Sparselab là một thư viện Python cho xử lí ảnh giao thoa sử dụng mô hình Sparse. Ehtim là Python module cho mô phỏng và xử lí dữ liệu VLBI và tạo ảnh.

Mã nguồn mở và triết lý của nó giúp cho nhiều người đóng góp tài năng và công sức của mình vào các dự án hoàn toàn tự nguyện. Nếu không có mã nguồn mở thì sẽ không có sự ra đời của Sparselabehtim. Điều đó đồng nghĩa với việc đến giờ chúng ta chắc cũng chưa có bức ảnh “Hố đen” nào để mà ngắm. Chắc lại phải chờ thêm thời gian nữa. hehe

Richard M Stallman, người sáng lập của dự án GNU sẽ rất hãnh diện khi thấy rằng hai thư viện này được phát hành dưới bản quyền mã nguồn mở GNU GPL v3.

Image result for Stallman
Hình 3: Richard M Stallman, người sáng lập của dự án GNU

Ai có quan tâm tới:

P/S: Khi nào có điều kiện (cứng và mềm) mời ông râu xồm Stallman sang VN ngắm cụ Rùa hồ Gươm và ăn bún đầu mắm tôm. Hi vọng khi ấy cụ chưa đi gặp cụ xồm C-Mác.

Tham khảo:

  • https://5xublog.wordpress.com/2019/04/20/nhung-ke-san-lo-den-vu-tru/
  • https://www.tfir.io/gnu-gplv3-at-the-heart-of-black-hole-image/
  • https://en.wikipedia.org/wiki/Richard_Stallman

Hãy bình luận đầu tiên

Để lại một phản hồi

Thư điện tử của bạn sẽ không được hiện thị công khai.


*