Có tổng cộng bao nhiêu thiên hà trong vũ trụ?

Câu hỏi này nghe có vẻ đơn giản, nhưng thực tế thì không hề như vậy. Một trong những thách thức lớn nhất là ngay cả với những kính viễn vọng mạnh mẽ nhất, chúng ta cũng chỉ có thể quan sát được một phần rất nhỏ của vũ trụ.

"Vũ trụ quan sát được chỉ là phần vũ trụ mà ánh sáng đã kịp đến với chúng ta," Kai Noeske, một nhà vật lý thiên văn hiện làm việc tại Cơ quan Vũ trụ châu Âu, giải thích với Live Science.

Vũ trụ đã tồn tại được 13,8 tỷ năm, nhưng phần vũ trụ quan sát được kéo dài xa hơn 13,8 tỷ năm ánh sáng theo mọi hướng. Điều này là do vũ trụ đang giãn nở và ánh sáng đã bắt đầu cuộc hành trình từ khi vũ trụ còn nhỏ hơn nhiều.

"Bây giờ, kích thước tổng cộng của vũ trụ theo mỗi hướng là khoảng 46 tỷ năm ánh sáng," Noeske cho biết.

Phần vũ trụ quan sát được này chỉ chiếm một phần rất nhỏ của toàn bộ vũ trụ. "Chúng ta chỉ có thể quan sát được khoảng 3% của vũ trụ," Pamela Gay, một nhà khoa học cấp cao tại Viện Khoa học Hành tinh, nói với Live Science.

Một thách thức khác trong việc ước lượng tổng số thiên hà là có quá nhiều thiên hà tồn tại. Các nhà khoa học chỉ có thể đưa ra con số ước tính bằng cách quan sát các vùng nhỏ của vũ trụ và suy ra con số tổng thể.

"Bạn nhìn vào một mảng nhỏ của bầu trời, đếm mọi thứ trong mảng đó, rồi nhân lên theo kích thước của bầu trời," Gay giải thích.

Tuy nhiên, ngay cả phương pháp này cũng có giới hạn. "Chúng ta định nghĩa một thiên hà là gì?" Noeske đặt câu hỏi. Có những thiên hà khổng lồ với khối lượng lớn gấp 10 lần Dải Ngân Hà của chúng ta, và cũng có những thiên hà nhỏ hơn nhiều, bao gồm cả các thiên hà lùn.

Để có thể ước lượng, các nhà khoa học cần đặt ra một ngưỡng khối lượng tối thiểu để xác định cái gì được gọi là thiên hà.

"Nếu chúng ta đặt một ngưỡng khối lượng và cố gắng làm cho điều này thật bảo thủ, chẳng hạn như một triệu khối lượng mặt trời, chúng ta sẽ ước lượng số lượng thiên hà trung bình trong vũ trụ từ khi bắt đầu đến ngày nay là khoảng 1 đến 2 nghìn tỷ," Noeske nói. Các nhà khoa học tin rằng đã từng có nhiều thiên hà hơn trong vũ trụ thời kỳ đầu so với hiện nay, vì thế con số này là một ước tính trung bình theo thời gian.

Tuy nhiên, những phát hiện gần đây đã đặt ra thách thức cho các ước tính này. "Những kết quả này đến từ kính viễn vọng Hubble — và giờ đây, kính viễn vọng James Webb đang bắt đầu cung cấp thêm thông tin — nhưng chúng đều nằm gần Trái Đất, bên trong hệ Mặt Trời của chúng ta, và bị hạn chế bởi tất cả ánh sáng từ hệ Mặt Trời chiếu vào bầu trời," Gay cho biết. "Chúng ta có một tàu vũ trụ với một camera đã vượt ra khỏi tất cả các nguồn sáng trong hệ Mặt Trời của chúng ta, đó là tàu New Horizons."

Trong một nghiên cứu năm 2021, camera trên tàu New Horizons đã được sử dụng để đo lượng ánh sáng tổng cộng trong các mảng trời khác nhau và ước tính có bao nhiêu thiên hà cần thiết để tạo ra lượng ánh sáng đó.

"Khi ra ngoài tất cả các nguồn sáng trong hệ Mặt Trời, họ nhận ra rằng chúng ta không cần nhiều thiên hà như đã nghĩ," Gay cho biết. "Vì thế, ước tính của họ đưa ra con số khoảng 200 tỷ, thậm chí có thể chỉ 100 tỷ thiên hà trong vũ trụ quan sát được."

"Vì vậy, con số thiên hà trong vũ trụ quan sát được có thể nằm trong khoảng từ 2 nghìn tỷ ở mức cao nhất và 100 tỷ ở mức thấp nhất," bà nói thêm.

Nếu giả định rằng vũ trụ quan sát được chỉ chiếm 3% của toàn bộ vũ trụ, chúng ta có thể nhân con số này để ước tính tổng số thiên hà trong vũ trụ. Nhưng nếu chúng ta đang quan sát được ít hơn những gì chúng ta nghĩ, thì tổng số thiên hà sẽ nhỏ hơn.

Tuy nhiên, vì chúng ta không thực sự biết kích thước thực của vũ trụ, những ước tính này vẫn rất mơ hồ. "Nếu vũ trụ là vô hạn, bạn sẽ có vô số thiên hà," Gay kết luận.