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

Thực ra, có nhiều hình dạng thiên hà khác nhau, nhưng phần lớn chúng đều có dạng xoắn ốc.

Thiên hà là một tổ hợp lớn của các thiên thể và vật chất liên kết với nhau thông qua lực hấp dẫn. Nó bao gồm các ngôi sao, tàn dư của sao, môi trường ngoại sao chứa khí, bụi và vật chất tối, một thành phần quan trọng nhưng vẫn còn nhiều điều chưa được hiểu rõ.

Các thiên hà có nhiều đặc điểm đa dạng từ những thiên hà lùn chỉ chứa vài trăm triệu sao đến những thiên hà khổng lồ chứa hàng trăm tỷ sao. Mỗi ngôi sao trong thiên hà đều quay quanh trọng lực tâm của nó.

Phần lớn người ta thường nghĩ rằng các thiên hà đều có dạng đĩa xoắn, nhưng thực tế ở ngoài vũ trụ rộng lớn, các thiên hà có nhiều hình dạng khác nhau. Ví dụ, thiên hà PKS 2014-55 có hình dạng giống như hai chiếc boomerang đối diện nhau; thiên hà ESO 593-IG 008 trông giống như một con chim ruồi được đặt tên là 'Tinker Bell Fairy'; thiên hà NGC 6240 có hình dạng giống như một con rùa biển khổng lồ và còn rất nhiều thiên hà khác có hình dạng đặc biệt khác nữa.

Hình dạng chính của các thiên hà

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

1. Thiên hà xoắn ốc

Theo một báo cáo từ Dự án Kính viễn vọng Không gian Hubble năm 2010, loại thiên hà này chiếm khoảng 72% tổng số thiên hà được quan sát.

Liệu Dải Ngân hà có phải là một thiên hà xoắn ốc không? Một thời gian trước, Dải Ngân hà với nhiều nhánh xoắn ốc đã được xem như một thiên hà xoắn ốc, giống như Thiên hà Tiên Nữ (Andromeda). Dải Ngân hà có một điểm phình lớn ở trung tâm và nó trông khá giống một hình cầu.

Tuy nhiên, nhiều quan sát từ những năm 1960 đã chỉ ra rằng phần phình ở giữa Dải Ngân hà không giống hình cầu, thay vào đó có dạng hơi vuông.

Năm 2005, dữ liệu quan sát hồng ngoại từ khoảng 30 triệu ngôi sao tại trung tâm của Dải Ngân hà được thu thập bởi Kính viễn vọng Không gian Spitzer đã cuối cùng được xác nhận. Dải Ngân hà của chúng ta không chỉ là một thiên hà xoắn ốc thông thường. Phần trung tâm của nó chứa một thanh lớn kéo dài khoảng 27.000 năm ánh sáng. Vì vậy, Dải Ngân hà được phân loại thành các thiên hà xoắn ốc có rào chắn.

2. Thiên hà elip

Khác biệt hoàn toàn so với thiên hà xoắn ốc, thiên hà elip không có hình dạng đĩa mà thay vào đó có hình cầu hoặc hình bầu dục, với một tâm sáng và các cạnh dần mờ đi. Trái ngược với 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 đa dạng, từ vài trăm năm ánh sáng đến hàng trăm nghìn năm ánh sáng. Chúng có hình dạng từ hình tròn đến hình bầu dục cực kỳ dài, được phân loại từ E0 đến E7.

3. Thiên hà thấu kính

Loại thiên hà đặc biệt này trông giống như một thấu kính lồi, có thể được coi như một loại thiên hà đĩa không có nhánh xoắn ốc. Trung tâm của chúng phình lên lớn hơn so với trung tâm của một thiên hà xoắn ốc.

4. Thiên hà bất thường Irr

Đây là một loại thiên hà phát triển không theo 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 có hình dạng đĩa chứ không phải hình cầu?

Hình dạng của một thiên hà phụ thuộc vào trạng thái của vật chất trong đó. Vật chất ở đây không chỉ bao gồm những ngôi sao tỏa sáng mà còn có cả bụi, khí, vật chất tối...

Theo lý thuyết, các thiên hà trẻ được tạo thành từ một đám mây hỗn loạn của bụi và khí, lúc này chúng không có hình dạng đĩa. Dần dần, khí và bụi có thể tương tác (ma sát) với nhau trong thời gian dài. Động lượng của chúng sẽ triệt tiêu lẫn nhau theo hướng chuyển động, 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 tập trung về phía trung tâm và khiến kích thước của thiên hà trở nên nhỏ hơn sau khi tương tác và tiêu hao năng lượng, trong khi lượng khí và bụi bên ngoài sẽ quay nhanh hơn.

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

Theo đánh giá từ dữ liệu hiện tại, các thiên hà hình cầu ổn định trong thời gian dài thường là các thiên hà nhỏ và thưa thớt, vật chất của chúng được phân tán quá rộng để có thể tập trung lại với nhau để tạo thành một quả cầu nhỏ hơn và dần dần chuyển thành hình dạng đĩa. Do đó, theo thời gian, số lượng các thiên hà hình cầu chỉ chiếm rất ít và hiếm khi được phát hiện.

Tham khảo: Earthlymission; Tự nhiên; Cơ quan Hàng không Vũ trụ NASA