Khi ngước nhìn bầu trời đêm quang đãng, xa rời ánh đèn thành phố, chúng ta thường choáng ngợp trước vô số những chấm sáng lấp lánh. Phần lớn những gì mắt thường có thể thấy đều thuộc về “ngôi nhà” của chúng ta, nhưng trong sự bao la đó còn tồn tại những cấu trúc vĩ đại hơn rất nhiều. Đó chính là các thiên hà, những “đảo vũ trụ” khổng lồ chứa đựng hàng tỷ ngôi sao và những bí ẩn đang chờ được khám phá. Cùng AE-Store tìm hiểu ngay về chủ đề hấp dẫn này nhé!
1. Thiên hà là gì?
Vậy, chính xác thì những “đảo vũ trụ” mà chúng ta vừa nhắc đến là gì? Để có một cái nhìn toàn diện và chính xác nhất, chúng ta hãy cùng bắt đầu với định nghĩa khoa học cơ bản và nguồn gốc thú vị của tên gọi này.
1.1. Định nghĩa theo góc độ khoa học
Theo góc độ thiên văn học, một thiên hà được định nghĩa là một hệ thống cực lớn, chứa từ hàng triệu đến hàng nghìn tỷ ngôi sao, cùng với khí, bụi vũ trụ, các hệ hành tinh và một lượng lớn vật chất tối bí ẩn. Tất cả các thành phần này được liên kết với nhau thành một thể thống nhất bởi lực hấp dẫn. Có thể hình dung mỗi cấu trúc này giống như một thành phố vĩ đại, nơi mỗi ngôi sao là một ngôi nhà và các hành tinh quay quanh nó là thành viên trong gia đình đó.
1.2. Nguồn gốc tên gọi “thiên hà”
Trong tiếng Việt, từ “thiên hà” có nguồn gốc Hán Việt rất thơ mộng, với “thiên” (天) nghĩa là trời và “hà” (河) nghĩa là sông. Tên gọi này gợi lên hình ảnh một “dòng sông trên trời”. Điều này bắt nguồn từ việc quan sát Dải Ngân Hà của chúng ta vào những đêm không trăng, nó trông giống như một dải sáng mờ ảo vắt ngang qua bầu trời, tựa như một dòng sông bạc lấp lánh.
2. Phân biệt rõ ràng: “thiên hà” và “dải ngân hà”
Đây là một trong những điểm gây nhầm lẫn phổ biến nhất không chỉ với người mới tìm hiểu mà đôi khi cả những người đã đọc qua về vũ trụ. Việc phân biệt rõ ràng hai thuật ngữ này là chìa khóa để hiểu đúng về vị trí của chúng ta trong không gian bao la.
2.1. “Thiên hà” – thuật ngữ chung
Hãy nghĩ về “thiên hà” như một danh từ chung, giống như cách chúng ta dùng từ “thành phố” hay “quốc gia”. Nó dùng để chỉ bất kỳ hệ thống sao khổng lồ nào trong vũ trụ. Vũ trụ quan sát được chứa tới hàng nghìn tỷ cấu trúc như vậy, ví dụ như Tiên Nữ (Andromeda), Tam Giác (Triangulum)… mỗi nơi đều có đặc điểm và lịch sử riêng.
2.2. “Dải ngân hà” (milky way) – tên riêng của chúng ta
Trong khi đó, “Dải Ngân Hà” (Milky Way) là tên riêng của hệ thống sao mà chúng ta đang sinh sống. Giống như Trái Đất là tên hành tinh của chúng ta, Dải Ngân Hà là tên “thành phố vũ trụ” của chúng ta. Mọi ngôi sao bạn thấy trên bầu trời đêm bằng mắt thường đều là hàng xóm gần của chúng ta bên trong Dải Ngân Hà. Chúng ta đang ở bên trong và nhìn ra, đó là lý do chúng ta thấy nó như một dải sáng vắt ngang trời.
3. Các thành phần cấu tạo của một thiên hà
Mỗi hệ thống sao khổng lồ, dù mang hình dạng nào, về cơ bản cũng được cấu thành từ những bộ phận cốt lõi. Hãy cùng nhau “giải phẫu” một cấu trúc điển hình để tìm hiểu xem những thành phần nào đã tạo nên các thực thể kỳ vĩ này.
3.1. Trung tâm thiên hà (galactic center) & lỗ đen siêu khối lượng
Ở phần lõi của hầu hết các hệ thống lớn là trung tâm của chúng, một khu vực có mật độ sao và vật chất cực kỳ dày đặc. Tâm điểm của khu vực này thường là một lỗ đen siêu khối lượng, có khối lượng gấp hàng triệu đến hàng tỷ lần Mặt Trời. Lỗ đen này đóng vai trò như một mỏ neo hấp dẫn, giữ cho toàn bộ cấu trúc quay quanh nó.
Xem thêm: Năm thiên văn là gì? Toàn bộ kiến thức chi tiết từ A-Z
3.2. Đĩa thiên hà (galactic disk)
Bao quanh trung tâm là đĩa thiên hà, một cấu trúc phẳng, xoay tròn. Đây là khu vực “sầm uất” và năng động nhất, chứa phần lớn khí, bụi và những ngôi sao trẻ, nóng và sáng. Trong các hệ thống xoắn ốc, những nhánh tay nổi tiếng chính là một phần của đĩa, đây cũng là nơi nhiều ngôi sao mới liên tục được hình thành.
3.3. Vùng phình trung tâm (galactic bulge)
Vùng phình là một cấu trúc hình cầu hoặc elip dày đặc các ngôi sao, nằm ở trung tâm và bao quanh nhân. Khu vực này chủ yếu chứa những ngôi sao già hơn, có màu đỏ hơn so với các ngôi sao trong đĩa. Kích thước của vùng phình có thể thay đổi tùy thuộc vào loại và lịch sử của từng hệ thống.
3.4. Quầng thiên hà (galactic halo)
Bao bọc toàn bộ cấu trúc nhìn thấy được là một quầng sáng khổng lồ gần như vô hình, được gọi là quầng thiên hà. Vùng không gian rộng lớn này có mật độ vật chất rất loãng, chủ yếu chứa những cụm sao cầu (những cụm sao rất già), một ít khí nóng và đặc biệt là một lượng lớn vật chất tối.
3.5. Vật chất tối (dark matter) – thành phần bí ẩn
Vật chất tối là thành phần bí ẩn và chiếm khối lượng lớn nhất trong một hệ thống sao, có thể lên tới 85%. Chúng ta không thể nhìn thấy hay tương tác trực tiếp với nó vì nó không phát ra hay phản xạ ánh sáng. Tuy nhiên, các nhà khoa học biết nó tồn tại dựa trên tác động hấp dẫn lên những ngôi sao và khí mà chúng ta có thể thấy. Có thể hình dung vật chất tối như một “bộ khung” vô hình, tạo ra lực hấp dẫn cần thiết để giữ cho cấu trúc không bị tan rã khi quay với tốc độ cao.
4. Phân loại thiên hà theo hình dạng (hệ thống hubble)
Vũ trụ không thích sự đơn điệu và các hệ thống sao cũng không ngoại lệ. Chúng tồn tại với muôn vàn hình dạng và kích thước khác nhau. Dựa vào hình thái quan sát được, nhà thiên văn học Edwin Hubble đã tạo ra một hệ thống phân loại kinh điển vẫn được sử dụng rộng rãi cho đến ngày nay.
4.1. Thiên hà xoắn ốc (spiral galaxies)
Đây là loại đẹp và dễ nhận biết nhất với cấu trúc đĩa phẳng và các nhánh tay xoắn ốc sáng rực rỡ. Những nhánh tay này là “vườn ươm sao”, nơi khí và bụi hội tụ để tạo ra những ngôi sao mới, trẻ và xanh. Dải Ngân Hà của chúng ta và Tiên Nữ hàng xóm đều thuộc loại này.
4.2. Thiên hà elip (elliptical galaxies)
Các thiên hà elip có hình dạng tròn hoặc bầu dục (elip), trông giống như những quả bóng khí phát sáng khổng lồ. Chúng có rất ít khí và bụi, do đó hoạt động hình thành sao diễn ra rất yếu hoặc đã ngừng hẳn. Vì vậy, thành phần chủ yếu của chúng là những ngôi sao già, có màu đỏ hơn.
4.3. Thiên hà dạng thấu kính (lenticular galaxies)
Dạng thấu kính được xem là dạng trung gian giữa xoắn ốc và elip. Chúng có một vùng phình trung tâm và một cấu trúc đĩa giống như loại xoắn ốc, nhưng lại không có nhánh tay rõ rệt. Chúng cũng chứa chủ yếu ngôi sao già, giống như các hệ thống elip.
4.4. Thiên hà không đều (irregular galaxies)
Đúng như tên gọi, các hệ thống sao không đều không có một hình dạng đối xứng hay cấu trúc rõ ràng nào cả. Hình dạng hỗn loạn của chúng thường là kết quả của những vụ va chạm hoặc tương tác hấp dẫn mạnh với thực thể lân cận. Chúng thường rất giàu khí và bụi, và có hoạt động hình thành sao diễn ra mạnh mẽ.
Xem thêm: Lịch âm và lịch dương khác nhau như thế nào? Cách đổi lịch âm sang lịch dương
5. Lịch sử vũ trụ: sự hình thành và tiến hóa của thiên hà
Các hệ thống sao khổng lồ không phải lúc nào cũng có hình dạng như hiện tại. Chúng cũng trải qua một lịch sử hình thành, phát triển và tương tác kéo dài hàng tỷ năm. Việc tìm hiểu quá trình này giúp chúng ta hiểu hơn về lịch sử của chính vũ trụ.
5.1. Giả thuyết hình thành từ “trên xuống” (top-down)
Giả thuyết ban đầu cho rằng các “đảo vũ trụ” được hình thành khi những đám mây khí nguyên thủy khổng lồ trong vũ trụ sơ khai tự sụp đổ dưới tác dụng của lực hấp dẫn của chính nó. Quá trình sụp đổ này sẽ hình thành nên toàn bộ ngôi sao trong hệ thống cùng một lúc.
5.2. Giả thuyết hình thành từ “dưới lên” (bottom-up)
Ngày nay, giả thuyết được ủng hộ nhiều hơn là mô hình “dưới lên”, hay còn gọi là mô hình phân cấp. Theo đó, vũ trụ ban đầu hình thành các cấu trúc vật chất tối nhỏ. Lực hấp dẫn của chúng kéo khí về, tạo ra những hệ thống sao lùn. Theo thời gian, các thực thể nhỏ này va chạm và sáp nhập với nhau, dần dần “bồi đắp” để tạo thành những thiên hà lớn và phức tạp hơn như Dải Ngân Hà.
6. Giải đáp câu hỏi thường gặp về thiên hà (FAQ)
Sau khi đã cùng nhau đi qua những khái niệm cốt lõi, chắc hẳn bạn vẫn còn một vài thắc mắc muốn được làm rõ. Dưới đây là phần giải đáp cho một số câu hỏi phổ biến và thú vị nhất về thế giới của các “đảo vũ trụ”.
- Có khoảng bao nhiêu thiên hà trong vũ trụ? Dựa trên quan sát từ Kính viễn vọng Không gian Hubble và công cụ hiện đại khác, các nhà khoa học ước tính có khoảng 2.000 tỷ (2 nghìn tỷ) thiên hà trong vũ trụ quan sát được, dù con số thực tế có thể còn lớn hơn nữa.
- Hệ thống sao nào lớn nhất từng được phát hiện? Thiên hà lớn nhất được biết đến hiện nay là IC 1101, một hệ thống elip siêu khổng lồ. Nó có đường kính lên tới 4 triệu năm ánh sáng và chứa khoảng 100 nghìn tỷ ngôi sao, khiến Dải Ngân Hà của chúng ta trở nên vô cùng nhỏ bé khi so sánh.
- Làm thế nào chúng ta chụp ảnh được Dải Ngân Hà khi đang ở bên trong nó? Tất cả bức ảnh toàn cảnh về Dải Ngân Hà mà bạn thấy thực chất là hình ảnh được họa sĩ dựng lại dựa trên dữ liệu khoa học (artist’s conception). Chúng ta không thể bay ra ngoài để chụp ảnh “ngôi nhà” của mình. Các nhà khoa học đã đo đạc vị trí của ngôi sao, cấu trúc khí… để vẽ nên bản đồ và hình dung ra hình dạng của nó.
Như vậy, chúng ta đã cùng nhau hoàn thành một chuyến du hành ngắn qua những “đảo vũ trụ” kỳ vĩ, từ việc tìm hiểu thiên hà là gì, khám phá các thành phần cấu tạo nên chúng, cho đến việc nhận ra vẻ đẹp phong phú qua từng hình dạng khác nhau. Hy vọng rằng, những kiến thức trong bài viết này không chỉ giúp bạn giải đáp các thắc mắc, mà còn khơi dậy thêm niềm yêu thích đối với vũ trụ bao la.
