Thiên hà Tiên Nữ

Thiên hà Tiên Nữ, hay còn gọi là tinh vân Tiên Nữ, thiên hà Andromeda, cũng được biết đến với các tên khác như Messier 31, M31, và NGC 224, là một thiên hà xoắn ốc nằm trong chòm sao Tiên Nữ trên bầu trời phía bắc, gần chòm sao Phi Mã. Đây là thiên hà xoắn ốc gần dải Ngân Hà của chúng ta nhất, cách khoảng 2,5 triệu năm ánh sáng.

Thiên hà Tiên Nữ từng được coi là thiên hà lớn nhất trong nhóm các thiên hà Địa Phương (Local Group), bao gồm thiên hà Tiên Nữ, dải Ngân Hà, thiên hà Triangulum (trong chòm sao Tam Giác) và khoảng 30 thiên hà nhỏ khác. Tuy nhiên, các nghiên cứu gần đây cho thấy dải Ngân Hà có thể chứa nhiều vật chất tối hơn và có khối lượng lớn nhất trong nhóm Địa Phương. Mặc dù vậy, theo quan sát từ kính viễn vọng không gian Spitzer, M31 có khoảng một ngàn tỷ (10¹¹) sao, vượt xa số lượng sao trong dải Ngân Hà. Ước tính vào năm 2006 cho thấy khối lượng của dải Ngân Hà khoảng ~80% khối lượng của thiên hà Tiên Nữ, tương đương với khoảng 7,1×10¹² lần khối lượng Mặt Trời.

Thiên hà Tiên Nữ có thể được nhìn thấy dễ dàng bằng mắt thường ở những khu vực ít ô nhiễm ánh sáng và bụi bẩn, chẳng hạn như các vùng ngoại ô hay nông thôn. Dưới mắt thường, M31 có vẻ nhỏ vì chỉ có phần lõi của nó đủ sáng để nhận thấy, nhưng thực tế đường kính của thiên hà này gấp 7 lần đường kính của Mặt Trăng tròn. M31 là thiên thể xa nhất có thể nhìn thấy bằng mắt thường, chỉ sau thiên hà Triangulum.

Trong Nhóm Địa Phương, thiên hà Tiên Nữ đứng đầu về kích thước, với dải Ngân Hà đứng thứ hai và thiên hà Triangulum đứng thứ ba.

Lịch sử quan sát

Lần đầu tiên thiên hà Tiên Nữ được ghi nhận quan sát là vào năm 905 bởi nhà thiên văn học Ba Tư Abd Al-Rahman Al Sufi, người đã mô tả M31 như một 'đám mây nhỏ'. Các bản đồ sao thời kỳ đó đều ghi nhận M31 theo cách này. Vào năm 1612, Simon Marius đã cung cấp thông tin đầu tiên về thiên hà Tiên Nữ qua quan sát bằng kính viễn vọng. Đến năm 1764, Charles Messier đã đưa Andromeda vào danh sách của mình dưới tên gọi M31 và xem Simon Marius là người phát hiện ra Tiên Nữ thay vì Al Sufi.

Vào năm 1785, nhà thiên văn học William Herschel đã phát hiện một đốm mờ màu đỏ ở trung tâm của M31. Ông cho rằng đây là tinh vân gần nhất trong các 'Đại tinh vân'. Dựa vào màu sắc và kích thước của 'tinh vân', Herschel đã ước lượng sai khoảng cách của M31, cho rằng Trái Đất chỉ cách nó một khoảng gấp 2000 lần khoảng cách đến sao Thiên Lang (Sirius).

Năm 1864, William Huggins quan sát quang phổ của thiên hà Tiên Nữ và nhận thấy nó khác biệt so với quang phổ của một tinh vân chứa đầy khí. Quang phổ của Tiên Nữ là một dải liên tục với các dải màu đen, tương tự như quang phổ của một ngôi sao. Từ đó, Huggins đã suy đoán rằng thiên hà Tiên Nữ có bản chất giống như một ngôi sao.

Năm 1885, người ta phát hiện một siêu tân tinh trong thiên hà Tiên Nữ, hiện nay gọi là 'S Andromedae'. Đây là siêu tân tinh đầu tiên và duy nhất từng được phát hiện trong thiên hà này. Vào thời điểm đó, S Andromedae được xem như một tân tinh, hiện tượng mờ hơn nhiều so với siêu tân tinh, và do đó nó được đặt tên là Nova 1885.

Isaac Roberts đã chụp những bức ảnh đầu tiên về thiên hà Tiên Nữ tại đài thiên văn cá nhân của ông ở Sussex, Anh vào năm 1887, và phát hiện cấu trúc xoắn ốc của M31. Tuy nhiên, lúc bấy giờ thiên thể này vẫn được coi là một tinh vân trong dải Ngân Hà của chúng ta. Roberts đã tin rằng M31 và các tinh vân xoắn ốc khác là những đĩa tiền hành tinh đang hình thành.

Thiên hà Tiên Nữ đang di chuyển về phía dải Ngân Hà với tốc độ khoảng 300 km/giây (186 dặm/giây). Vận tốc này được Vesto Slipher đo vào năm 1912 tại đài thiên văn Lowell qua phương pháp quang phổ học, và đây là vận tốc lớn nhất được biết đến vào thời điểm đó.

Ốc đảo vũ trụ

Năm 1917, Heber Curtis đã phát hiện một tân tinh trong M31 và sau đó phát hiện thêm 11 tân tinh khác từ các hình ảnh lưu trữ về Andromeda. Ông nhận thấy cấp sao biểu kiến của những tân tinh này thấp hơn 10 lần so với tân tinh trong dải Ngân Hà, từ đó ước đoán Andromeda cách chúng ta khoảng 500.000 năm ánh sáng. Curtis cũng là người đưa ra giả thuyết 'ốc đảo vũ trụ', cho rằng các tinh vân xoắn ốc thực chất là các thiên hà độc lập, và điều này đã được chứng minh là đúng.

Năm 1920, cuộc Tranh Cãi Lớn giữa Harlow Shapley và Heber Curtis đã diễn ra, tập trung vào bản chất của dải Ngân Hà, các tinh vân xoắn ốc, và cấu trúc của vũ trụ. Curtis đã hỗ trợ lý thuyết của mình rằng M31 là một thiên hà bằng cách chỉ ra sự tương đồng giữa các dải tối trong quang phổ của M31 với các đám mây khí trong dải Ngân Hà, cùng với sự dịch chuyển Doppler rõ rệt.

Vào năm 1925, Edwin Hubble đã giải quyết cuộc tranh cãi khi xác định được các sao biến quang Cepheid trong M31 và tính toán khoảng cách đến thiên hà này. Hubble đã sử dụng kính viễn vọng phản xạ đường kính 2,5 m để chụp hình các sao biến quang. Phát hiện của ông cho thấy M31 không phải là một cụm sao trong dải Ngân Hà mà là một thiên hà độc lập ở khoảng cách rất xa.

Andromeda đóng vai trò quan trọng trong nghiên cứu thiên hà (xem thêm thiên văn học thiên hà) vì nó là thiên hà xoắn ốc lớn gần chúng ta nhất (dù không phải gần nhất). Năm 1943, Walter Baade là người đầu tiên phân loại các ngôi sao tại trung tâm Andromeda. Ông phân chia chúng thành hai nhóm: Nhóm I là các sao trẻ với vận tốc lớn ở đĩa ngoài, và Nhóm II là các sao già màu đỏ ở khối phồng trung tâm. Phân loại này được áp dụng rộng rãi trong nghiên cứu dải Ngân Hà và các thiên hà khác (trước đó, Jan Oort cũng đã đề cập đến sự tồn tại của hai nhóm sao này). Baade cũng phát hiện ra hai nhóm sao biến quang Cepheid, dẫn đến việc nhân đôi khoảng cách ước tính đến M31 và phần còn lại của vũ trụ.

Vào những năm 1950, John Baldwin và nhóm thiên văn vô tuyến Cambridge đã tạo ra những bản đồ vô tuyến đầu tiên của thiên hà Andromeda. Trong danh mục Cambridge thứ hai về các nguồn sóng vô tuyến, Andromeda được gán tên là 2C 56.

Hiện tại, vùng trung tâm của thiên hà M31 được cho là chứa nhiều lỗ đen xung quanh một lỗ đen siêu khổng lồ tại tâm của nó.

Tổng quan nhanh

Thiên hà Tiên Nữ đang tiến về phía Mặt Trời với tốc độ khoảng 300 km/s (186 dặm/s), làm cho nó trở thành một trong những thiên hà có dịch chuyển xanh. Khi xem xét chuyển động của hệ Mặt Trời trong dải Ngân Hà, chúng ta thấy rằng thiên hà Tiên Nữ và dải Ngân Hà đang tiến lại gần nhau với tốc độ khoảng 100 đến 140 km/s (62-87 dặm/s). Tuy nhiên, điều này không đồng nghĩa với việc M31 chắc chắn sẽ va chạm với dải Ngân Hà, vì hiện tại chưa có số liệu về vận tốc tiếp tuyến của thiên hà này. Nếu hai thiên hà va chạm, sự kiện này dự kiến sẽ xảy ra sau khoảng 3 tỷ năm nữa. Trong trường hợp đó, hai thiên hà có thể hợp thành một thiên hà elip khổng lồ, được một số nhà khoa học gọi là Milkomeda. Các sự kiện tương tự thường xảy ra trong các nhóm thiên hà.

Khoảng cách đến M31 đã được nhân đôi sau khi Walter Baade phát hiện một loại sao biến quang Cepheid mờ hơn bình thường vào năm 1953. Đến thập niên 1990, dữ liệu từ vệ tinh Hipparcos được sử dụng để xác định khoảng cách của các Cepheid. Các giá trị chỉnh sửa cho thấy Andromeda cách chúng ta khoảng 2,9 triệu năm ánh sáng. Tuy nhiên, tất cả các Cepheid đều nằm xa hơn phạm vi đo chính xác của Hipparcos, vì vậy dữ liệu về các Cepheid của Hipparcos chưa đạt độ tin cậy cần thiết.

Khoảng cách ước tính gần đây

Có ít nhất 4 phương pháp khác nhau đã được áp dụng để xác định khoảng cách đến M31.

Vào năm 2003, nhờ vào dữ liệu về dao động ánh sáng hồng ngoại bề mặt (infrared surface brightness fluctuations - I-SBF) và cập nhật từ các dữ liệu năm 2001 về mối quan hệ chu kỳ-độ sáng của các sao biến quang từ Freedman và các nhà nghiên cứu khác, cùng với việc điều chỉnh -0,2 độ kim loại (O/H), khoảng cách được ước tính là 2,57 ± 0,06 triệu năm ánh sáng (787 ± 18 kpc).

Sau đó, vào năm 2004, bằng phương pháp đo các sao biến quang Cepheid, khoảng cách được ước lượng là 2,51 ± 0,13 triệu năm ánh sáng (770 ± 40 kpc).

Năm 2005, nhóm nghiên cứu do Ignasi Ribas (CSIC, IEEC) và các cộng sự công bố phát hiện một sao đôi che khuất trong thiên hà Andromeda. Sao đôi này, mang tên M31VJ00443799+4129236, gồm hai ngôi sao sáng màu xanh thuộc loại O và B. Bằng cách phân tích chu kỳ giao nhau của hai ngôi sao mỗi 3,54969 ngày, các nhà thiên văn đã đo được kích thước và nhiệt độ của chúng. Từ đó, cấp sao tuyệt đối được xác định và khoảng cách từ hai ngôi sao đến dải Ngân Hà là khoảng 2,52 ± 0,14 triệu năm ánh sáng (770 ± 40 kpc). Khoảng cách này gần như trùng với ước lượng từ phương pháp đo các sao biến quang Cepheid trước đó.

Do thiên hà Andromeda nằm khá gần chúng ta, phương pháp 'Tip of the Red Giant Branch' (TRGB) cũng được sử dụng để ước lượng khoảng cách. Vào năm 2005, khoảng cách ước tính bằng phương pháp này là 2,56 ± 0,08 triệu năm ánh sáng (785 ± 25 kpc).

Khi tính trung bình tất cả các khoảng cách đã đo, chúng ta có con số khoảng 2,54 ± 0,06 triệu năm ánh sáng (778 ± 17 kpc).

Dựa vào khoảng cách này, đường kính lớn nhất của M31 được ước tính khoảng 141 ± 3 ngàn năm ánh sáng.

Hình ảnh

Ghi chú

Liên kết bên ngoài

• Thiên hà Tiên Nữ trên WikiSky: DSS2, SDSS, IRAS, Hydrogen α, X-Ray, Astrophoto, Bản đồ bầu trời, Bài viết và hình ảnh
• StarDate: Thông tin về M31
• Messier 31, Trang SEDS Messier
• Ảnh Thiên văn của Ngày
  • Cụm cầu khổng lồ trong M31 17 tháng 10 năm 1998.
  • M31: Thiên hà Andromeda 18 tháng 7 năm 2004.
  • Vũ trụ Đảo Andromeda 22 tháng 12 năm 2005.
  • Vũ trụ Đảo Andromeda 9 tháng 1 năm 2010.
  • M31 Hồng ngoại WISE 19 tháng 2 năm 2010.
• M31 và Cuộn xoắn hạt nhân trung tâm của nó
• Ảnh chụp từ các nhiếp ảnh gia nghiệp dư – M31
• Cụm cầu trong M31 tại Đài quan sát Curdridge
• Khoảng cách trực tiếp đầu tiên đến Andromeda − Bài viết trên tạp chí Thiên văn học
• Thiên hà Andromeda tại SolStation.com
• Thiên hà Andromeda tại Bách khoa toàn thư về Sinh học ngoài Trái đất, Thiên văn học, & Du hành vũ trụ
• M31, Thiên hà Andromeda tại NightSkyInfo.com
• Than, Ker (23 tháng 1 năm 2006). “Cài đặt lạ: Các thiên hà vệ tinh của Andromeda đều xếp hàng”. Space.com.
• Hubble Phát hiện Đĩa Sao Xanh Bí Ẩn Xung Quanh Lỗ Đen Quan sát Hubble (20 tháng 9 năm 2005) đặt khối lượng lỗ đen trung tâm Andromeda ở mức 140 triệu lần khối lượng Mặt trời
• Trang Nova của M31 (Hiện tại) (IAU)
• Tổng hợp đa bước sóng
• Dự án Andromeda (crowd-source)
• Gray, Meghan; Szymanek, Nik; Merrifield, Michael. “M31 – Thiên hà Andromeda”. Video Vũ trụ Sâu. Brady Haran.
• Thiên hà Andromeda (M31) tại Hướng dẫn Các chòm sao
• APOD – 1 tháng 8 năm 2013 (Kích thước góc của M31 so với Mặt trăng tròn)
• Góc nhìn toàn cảnh độ phân giải cao của Thiên hà Andromeda từ Hubble
• Video NationalGeographic.com về Góc nhìn toàn cảnh độ phân giải cao của Thiên hà Andromeda Lưu trữ 8-10-2017 tại Wayback Machine