Tại sao các thiên hà chủ yếu có hình đĩa chứ không phải hình cầu?

Thiên hà là một hệ thống lớn các thiên thể và vật chất liên kết với nhau bằng lực hấp dẫn, bao gồm sao, tàn dư sao, môi trường liên sao chứa khí, bụi vũ trụ và vật chất tối, một loại thành phần quan trọng nhưng chưa được hiểu rõ.

Các thiên hà có nhiều đặc điểm đa dạng từ các thiên hà lùn chứa vài trăm triệu sao đến những thiên hà khổng lồ chứa hàng trăm nghìn tỷ sao, mỗi ngôi sao đều quay quanh khối tâm của thiên hà chứa nó.

Hầu hết trong ấn tượng của mọi người, thiên hà đều có hình dạng giống như một đĩa xoắn, tuy nhiên bên ngoài vũ trụ bao la, thiên hà có rất nhiều hình dạng khác nhau. Ví như thiên hà PKS 2014-55 có hình dạng giống như như hai chiếc boomerang đối đầu nhau; thiên hà ESO 593-IG 008 trông giống như một con chim ruồi nhưng được đặt tên là "Tinker Bell Fairy"; thiên hà NGC 6240 với hình dáng giống như một con rùa biển khổng lồ và còn rất nhiều thiên hà có hình dạng đặc biệt khác nữa.

Hình dạng chủ yếu của các thiên hà

Nhà thiên văn học nổi tiếng Edwin Hubble đã đề xuất một sơ đồ phân loại gọi là "chuỗi Hubble" vào năm 1926, dựa trên sự khác biệt về hình thức quang học của hình ảnh thiên hà trên phim âm bản, ông đã chia các thiên hà thành 4 loại cơ bản.

1. Thiên hà xoắn ốc

Theo một thống kê của Dự án Kính viễn vọng Không gian Hubble năm 2010, loại thiên hà này chiếm khoảng 72% tổng số thiên hà mà các nhà nghiên cứu quan sát được.

Dải Ngân hà của chúng ta có phải là một thiên hà xoắn ốc không? Cách đây không lâu, Dải Ngân hà với nhiều nhánh xoắn ốc đã được phân loại là một thiên hà xoắn ốc, giống như Andromeda (Thiên hà Tiên Nữ). Dải Ngân hà của chúng ta có một chỗ phình khổng lồ ở trung tâm và nhìn nó gần giống như hình cầu.

Tuy nhiên, một số lượng lớn các quan sát kể từ những năm 1960 đã chỉ ra rằng phần phình nhân ở giữa Dải Ngân hà trông không giống hình cầu, thay vào đó là hình hơi vuông.

Năm 2005, dữ liệu quan sát hồng ngoại của khoảng 30 triệu ngôi sao ở trung tâm Dải Ngân hà của Kính viễn vọng Không gian Spitzer cuối cùng đã được xác nhận. Dải Ngân hà của chúng ta không chỉ là một thiên hà xoắn ốc thông thường. Trung tâm của nó là một thanh khổng lồ khoảng 27.000 năm ánh sáng. Do đó, Dải Ngân hà được chia thành các thiên hà xoắn ốc có rào chắn.

2. Thiên hà elip

Nó trông hoàn toàn khác với một thiên hà xoắn ốc, nó không có dạng đĩa mà có hình cầu hoặc elip, với tâm sáng và các cạnh mờ dần. Trái ngược với các thiên hà xoắn ốc, các thiên hà elip không có nhánh xoắn ốc cũng như trục quay.

Kích thước của các thiên hà elip cũng rất khác nhau, từ vài trăm năm ánh sáng đến hàng trăm nghìn năm ánh sáng. Nó có hình dạng khác nhau từ hình tròn đến hình bầu dục cực kỳ dài, được đánh số từ E0 đến E7.

3. Thiên hà thấu kính

Đây là một loại thiên hà đặc biệt, trông giống như một thấu kính lồi có thể được coi là một loại thiên hà đĩa không có các nhánh xoắn ốc. Trung tâm của nó phình to hơn trung tâm của một thiên hà xoắn ốc.

4. Thiên hà bất thường Irr

Đây là loại thiên hà phát triển không có quy luật, không có sự đối xứng rõ ràng và không có hạt nhân trung tâm rõ ràng. Khoảng 20% thiên hà trong vũ trụ có thể được phân loại là thiên hà không đều.

Tại sao hầu hết các thiên hà đều có hình đĩa chứ không phải hình cầu?

Hình dạng của một thiên hà được xác định bởi trạng thái của vật chất mà nó chứa. Vật chất ở đây không chỉ đề cập đến những ngôi sao phát sáng đó, mà còn bao gồm cả bụi, khí, vật chất tối...

Về lý thuyết, các thiên hà trẻ được hình thành từ một đám mây hỗn loạn của bụi và khí, lúc này chúng chưa có hình đĩa. Theo thời gian. khí và bụi có thể va chạm (ma sát) với số lượng lớn trong thời gian dài. Động lượng của chúng sẽ triệt tiêu lẫn nhau theo hướng chuyển động của chúng nhưng động lượng góc được bảo toàn và lực hấp dẫn sẽ kéo mọi thứ về phía trung tâm khối lượng của thiên hà trẻ.

Điều này có nghĩa là khi khí và bụi cùng sụp đổ về phía trung tâm và khiến kích thước của thiên hà trở nên nhỏ hơn sau khi va chạm và tiêu hao năng lượng, trong khi lượng khí và bụi bên ngoài sẽ quay nhanh hơn.

Khi nó quay nhanh hơn, sự va chạm tăng lên và nó bắt đầu phẳng ra và dần dần trở thành một cái đĩa. Nói một cách đơn giản, cũng do xung lượng góc, khi khối cầu ban đầu do nó tạo thành co lại và dần trở nên đặc hơn, bất kỳ vật thể nào bên ngoài mặt phẳng của đĩa đều có thể bị vật thể trong đĩa tác động hoặc bị hấp dẫn, cuối cùng tạo thành một mặt phẳng có dạng hình đĩa. Các thiên hà xoắn ốc có xu hướng chứa nhiều khí và bụi, vì vậy chúng có dạng hình đĩa.

Đánh giá từ dữ liệu hiện tại, các thiên hà hình cầu ổn định lâu dài thường là các thiên hà nhỏ và thưa thớt, vật chất của nó được phân bố quá rộng để có thể tập hợp lại với nhau để tạo thành một quả cầu nhỏ hơn và dần biến thành hình dạng một cái đĩa. Do đó, theo thời gian, số lượng của những thiên hà hình cầu chỉ chiếm rất ít và rất hiếm khi được phát hiện.

Nguồn: Earthlymission; Nature; NASA