Khi mọi người nhìn lên bầu trời đêm và thấy Dải Ngân hà trải dài trong bóng tối, thực ra họ chỉ đang nhìn thấy một phần rất nhỏ của một cấu trúc lớn hơn nhiều: một thiên hà. Một thiên hà được giải thích một cách đơn giản là một tập hợp khổng lồ gồm các ngôi sao, khí, bụi và vật chất tối, tất cả được liên kết với nhau bằng lực hấp dẫn.
Ngoài Dải Ngân hà, các nhà thiên văn học đã phát hiện ra rằng vũ trụ không chỉ chứa một hoặc hai thiên hà mà có hàng tỷ, thậm chí có thể là hàng nghìn tỷ, trải rộng trên một không gian vũ trụ rộng lớn đến mức không thể tưởng tượng được.
Bài viết này sẽ phân tích thiên hà là gì, có bao nhiêu thiên hà có thể tồn tại và quy mô của vũ trụ định hình sự hiểu biết của chúng ta về vũ trụ như thế nào.
Thiên hà là gì?
Thiên hà là một hệ thống các ngôi sao, tàn dư sao, khí liên sao, bụi và vật chất tối liên kết với nhau bằng lực hấp dẫn. Hầu hết các thiên hà có chiều rộng từ vài nghìn đến hàng trăm nghìn năm ánh sáng và chứa từ vài trăm triệu đến hàng trăm tỷ ngôi sao.
Các thiên hà phân bố không đều; thay vào đó, chúng tập hợp lại thành nhóm, cụm và siêu đám, cách nhau bởi những khoảng trống rộng lớn nơi có tương đối ít thiên hà cư trú.
Ở trung tâm của nhiều thiên hà, bao gồm cả Dải Ngân hà, có một lỗ đen siêu lớn. Khối lượng trung tâm này ảnh hưởng đến quỹ đạo của các ngôi sao và cấu trúc tổng thể của thiên hà.
Các vùng bên ngoài của các thiên hà chứa các đám mây khí nơi các ngôi sao mới hình thành, trong khi các ngôi sao cũ hơn sống ở các khối lồi trung tâm và các nhánh xoắn ốc (trong các thiên hà xoắn ốc) hoặc ở dạng hình elip khuếch tán (trong các thiên hà hình elip).
Các loại thiên hà chính
Các nhà khoa học đã phân loại các thiên hà thành nhiều loại rộng dựa trên hình dạng và cấu trúc của chúng. Các loại phổ biến nhất là các thiên hà xoắn ốc, hình elip và không đều. Những phân loại này giúp các nhà thiên văn học hiểu được các thiên hà hình thành, phát triển và tương tác với nhau như thế nào trong hàng tỷ năm.
thiên hà xoắn ốc
Các thiên hà xoắn ốc xuất hiện dưới dạng các đĩa dẹt với các nhánh sao và khí xoắn ốc hướng ra ngoài từ một khối phình ở trung tâm. Dải Ngân hà là một ví dụ về thiên hà xoắn ốc có rào chắn, nghĩa là nó có cấu trúc hình thanh ở trung tâm được tạo thành từ các ngôi sao. Các nhánh xoắn ốc thường chứa nhiều sao trẻ, nóng và các đám mây khí dày đặc, nơi diễn ra quá trình hình thành sao đang diễn ra.
Thiên hà hình elip
Các thiên hà hình elip có hình tròn hoặc hình quả trứng hơn và thường chứa các ngôi sao già hơn với sự hình thành sao ít liên tục. Chúng có kích thước khác nhau, từ hình elip lùn đến hình elip khổng lồ có thể là một trong những thiên hà lớn nhất trong vũ trụ. Bởi vì chúng có ít khí và bụi hơn nên các thiên hà hình elip thường có vẻ mịn màng và đồng đều hơn so với các thiên hà xoắn ốc.
thiên hà bất thường
Các thiên hà không đều thiếu hình dạng rõ ràng, đối xứng và thường xuất hiện không đồng đều hoặc vô tổ chức. Nhiều vật thể bất quy tắc có kích thước nhỏ và có thể là kết quả của sự tương tác hấp dẫn hoặc va chạm với các thiên hà khác. Những thiên hà này vẫn có thể là nơi diễn ra quá trình hình thành sao tích cực và cung cấp những manh mối quan trọng về cách các thiên hà phát triển theo thời gian.
Các thiên hà hình thành như thế nào?
Các thiên hà bắt đầu hình thành không lâu sau khi Vụ nổ lớnkhi vũ trụ vẫn còn rất trẻ và dày đặc. Những biến động nhỏ về mật độ vật chất cho phép các vùng co lại dưới lực hấp dẫn, kéo theo khí và vật chất tối để hình thành các tiền thiên hà đầu tiên. Theo thời gian, những cấu trúc ban đầu này hợp nhất và phát triển, tạo ra những thiên hà lớn hơn mà chúng ta thấy ngày nay.
Sự sáp nhập và tương tác vẫn tiếp tục định hình các thiên hà cho đến tận bây giờ. Khi hai thiên hà va chạm, các ngôi sao của chúng hiếm khi va chạm trực tiếp với nhau, nhưng lực hấp dẫn có thể kéo chúng thành những hình dạng mới và kích hoạt các vụ nổ hình thành sao. Những quá trình này giúp giải thích tại sao một số thiên hà có vẻ mịn màng trong khi những thiên hà khác có các nhánh bị biến dạng hoặc có cấu trúc bất thường.
Có bao nhiêu thiên hà?
Ước tính số lượng thiên hà trong vũ trụ là một trong những nhiệm vụ đầy thách thức và hấp dẫn nhất của thiên văn học. Những quan sát ban đầu bằng các kính thiên văn mạnh như Kính viễn vọng Không gian Hubble cho thấy vũ trụ quan sát được có thể chứa ít nhất 100–200 tỷ thiên hà.
Những nghiên cứu gần đây hơn về các thiên hà nhỏ, mờ nhạt đề xuất rằng con số thực tế có thể gần hơn 2 nghìn tỷ thiên hà.
Các nhà thiên văn học đạt được những con số này bằng cách chụp ảnh trường sâu của những mảng trời nhỏ và đếm mọi thiên hà nhìn thấy được bên trong chúng. Sau đó, họ ngoại suy số lượng đó trên toàn bộ bầu trời, điều chỉnh các thiên hà quá mờ hoặc quá xa để có thể nhìn trực tiếp.
Bởi vì công nghệ và phương pháp phân tích tiếp tục được cải tiến nên “số lượng thiên hà” không phải là một giá trị cố định mà là một ước tính được tinh chỉnh liên tục.
Thiên hà được làm bằng gì?
Ngoài những ngôi sao, thiên hà chứa đầy khí và bụi đóng vai trò quan trọng trong sự hình thành sao. Khí giữa các vì sao, chủ yếu là hydro và heli, ngưng tụ thành các đám mây có thể sụp đổ dưới lực hấp dẫn để hình thành các ngôi sao mới.
Bụi bao gồm các hạt rắn nhỏ có thể che khuất ánh sáng sao nhưng cũng cung cấp nguyên liệu thô để hình thành các hành tinh và các vật thể nhỏ khác.
Vật chất tối chiếm một phần đáng kể khối lượng của thiên hà, mặc dù không thể nhìn thấy nó một cách trực tiếp.
Hiệu ứng hấp dẫn của nó giúp giải thích cách các ngôi sao quay quanh với tốc độ như vậy, đặc biệt là ở các vùng bên ngoài của các thiên hà nơi vật chất nhìn thấy rất thưa thớt. Nếu không có vật chất tối, các thiên hà sẽ không thể ở cùng nhau như hiện nay và cấu trúc của vũ trụ sẽ trông rất khác.
Có thiên hà nào ngoài vũ trụ quan sát được không?
Ý tưởng cho rằng có thể có những thiên hà nằm ngoài vũ trụ quan sát được là một dự đoán nền tảng của vũ trụ học hiện đại.
Vũ trụ quan sát được bị giới hạn bởi tốc độ ánh sáng hữu hạn và tuổi của vũ trụ; ánh sáng từ những vùng xa hơn một khoảng cách nhất định không có thời gian tới Trái đất. Điều này có nghĩa là bất kỳ thiên hà nào nằm ngoài ranh giới này vẫn vô hình đối với chúng ta, ngay cả về nguyên tắc.
Nếu vũ trụ lớn hơn nhiều so với phần quan sát được, hoặc có thể là vô hạn, thì tổng số “số thiên hà” có thể lớn hơn nhiều so với ước tính hiện tại.
Các quan sát về nền vi sóng vũ trụ và sự phân bố quy mô lớn của các thiên hà ủng hộ ý tưởng về một vũ trụ đồng nhất và đẳng hướng ở quy mô lớn nhất, ngụ ý rằng các cấu trúc tương tự có thể tồn tại ngoài những gì chúng ta có thể nhìn thấy.
Dải Ngân hà lớn đến mức nào so với các thiên hà khác?
Không phải tất cả các thiên hà đều có cùng kích thước và Dải Ngân hà nằm ở đâu đó ở giữa quang phổ.
Các thiên hà lùn có thể có đường kính chỉ vài nghìn năm ánh sáng và chỉ chứa vài triệu ngôi sao, trong khi các thiên hà hình elip khổng lồ có thể kéo dài hàng trăm nghìn năm ánh sáng và chứa hàng nghìn tỷ ngôi sao. Dải Ngân hà lớn hơn nhiều thiên hà lùn nhưng nhỏ hơn những thiên hà lớn nhất được biết đến.
Ví dụ, so sánh Dải Ngân hà với Andromeda cho thấy cả hai đều là những thiên hà xoắn ốc lớn, trong đó Andromeda có khối lượng tổng thể lớn hơn một chút. Cuối cùng, khi chúng tương tác, cấu trúc kết hợp của chúng có thể tạo thành một thiên hà mới lớn hơn.
Những so sánh này giúp các nhà thiên văn học hiểu được các thiên hà phát triển như thế nào thông qua sự hợp nhất và cách Dải Ngân hà phù hợp với bức tranh rộng hơn về quá trình tiến hóa của thiên hà.
Câu hỏi thường gặp
1. Thiên hà nào gần Dải Ngân hà nhất?
Thiên hà lớn gần nhất với Dải Ngân hà là Thiên hà Andromeda, nằm cách chúng ta khoảng 2,5 triệu năm ánh sáng. Các thiên hà vệ tinh nhỏ hơn, chẳng hạn như Đám mây Magellan Lớn và Nhỏ, thậm chí còn ở gần hơn nhưng khối lượng nhỏ hơn nhiều.
2. Chúng ta có thể nhìn thấy các thiên hà khác bằng mắt thường không?
Đúng vậy, dưới bầu trời tối, Thiên hà Andromeda có thể được nhìn thấy như một vết mờ mờ và các Đám mây Magellan Lớn và Nhỏ có thể được nhìn thấy từ Nam bán cầu. Hầu hết các thiên hà khác đều quá xa và mờ để có thể nhìn thấy nếu không có kính thiên văn.
3. Có phải tất cả các thiên hà đều có cánh tay xoắn ốc?
Không, các nhánh xoắn ốc là đặc trưng của các thiên hà xoắn ốc và xoắn ốc có rào chắn. Các thiên hà hình elip và thiên hà không đều không có cấu trúc xoắn ốc rõ ràng, mặc dù chúng vẫn chứa các sao, khí, bụi và vật chất tối.
4. Các nhà thiên văn học đo khoảng cách tới các thiên hà như thế nào?
Các nhà thiên văn học sử dụng “ngọn nến tiêu chuẩn” giống như một số loại sao biến quang và siêu tân tinh có độ sáng đã biết, so sánh độ sáng của chúng so với Trái đất để tính toán khoảng cách. Đối với các thiên hà rất xa, họ cũng sử dụng các phép đo dịch chuyển đỏ từ sự giãn nở của vũ trụ.
Nguồn ScienceTimes