Trước khi đi vào bài viết chính, chúng ta hãy nghĩ một chút về vấn đề này. Giả sử bạn đang đứng trong một tòa nhà rộng lớn nào đó mà bạn lần đầu tiên đi vào. Với một thử thách là vẽ hoặc đơn giản hơn là chụp lại toàn bộ ngóc ngách tòa nhà kể cả cấu trúc bên ngoài mà không được di chuyển. Bạn có làm được không?

Đó chính xác là thử thách của các nhà khoa học khi họ nghiên cứu về Dải Ngân Hà. "Khó như lên trời" là câu nói chính xác nhất để mô tả về sự khó khăn của nhiệm vụ này. Tuy nhiên với sự trợ giúp của khoa học kỹ thuật, qua hàng thập kỉ nghiên cứu về nó người ta đã vẽ ra rất nhiều bức tranh về Dãy Ngân Hà trông như thế nào khi đứng ở bên ngoài nó.

Các kính thiên văn đã giúp các nhà thiên văn học phân biệt hình dạng và cấu trúc cơ bản của một số thiên hà gần nhất, rồi bắt đầu nhìn xa ra các thiên hà xa xôi hơn hàng tỷ năm ánh sáng. Nhưng việc tái tạo hình dạng và cấu trúc của "ngôi nhà" thiên hà của chúng ta diễn ra chậm chạp và tẻ nhạt. Quá trình này bao gồm việc xây dựng các danh mục sao, xác định vị trí của chúng trên bầu trời và xác định chúng cách Trái Đất bao xa.

Nhà thiên văn học người Hà Lan Jan Oort, đôi khi được gọi là bậc thầy về hệ thiên hà, là người đầu tiên nhận ra rằng Dải Ngân Hà không phải là đứng yên mà quay, và ông đã tính toán tốc độ mà các ngôi sao ở các khoảng cách khác nhau quay quanh trung tâm thiên hà. Cũng chính Oort đã xác định vị trí của mặt trời của chúng ta trong thiên hà rộng lớn này. (Đám mây Oort, một kho chứa hàng nghìn tỷ sao chổi xa mặt trời, được đặt theo tên ông.)

Dần dần, một bức tranh phức tạp về một thiên hà xoắn ốc xuất hiện. Ở trung tâm của Dải Ngân Hà là một hố đen siêu lớn gọi là Sagittarius A*. Với khối lượng bằng bốn triệu khối lượng mặt trời, hố đen được phát hiện vào năm 1974, có thể được quan sát trên bầu trời bằng kính thiên văn vô tuyến gần chòm sao Nhân Mã.
------------------------------
Hầu hết các thiên hà đều có một siêu lỗ đen và mọi thứ khác trong thiên hà quay quanh lỗ đen mạnh mẽ này. Xung quanh kế bên nó là một khu vực có đặc thù là dày đặc bụi, khí và có rất nhiều ngôi sao gọi là phình thiên hà. Trong trường hợp của Dải Ngân Hà, khu vực phình này có hình dạng giống quả đậu phộng, rộng 10.000 năm ánh sáng, theo ESA. Nó chứa 10 tỷ sao (trong tổng số khoảng 200 tỷ sao của Dải Ngân Hà), chủ yếu là những sao khổng lồ đỏ cổ xưa, hình thành trong giai đoạn đầu của sự tiến hóa của thiên hà.

Bên ngoài khu vực phình là đĩa thiên hà. Đặc điểm của khu vực đĩa thiên hà này là chúng dày 1.000 năm ánh sáng và rộng lên đến 100.000 năm ánh sáng và, là nơi chứa phần lớn các sao của thiên hà, bao gồm mặt trời của chúng ta. Các sao trong đĩa được phân tán trong các đám mây bụi và khí. Khi chúng ta ngước nhìn bầu trời đêm, chính cạnh của đĩa này kéo dài về phía trung tâm thiên hà khiến chúng ta say mê.

Các sao quay quanh trung tâm thiên hà, tạo thành các dòng xoáy trông như những cánh tay phát ra từ khu vực phình thiên hà. Nghiên cứu về các cơ chế tạo ra các cánh tay xoắn ốc tuy vẫn đang ở giai đoạn đầu, nhưng các nghiên cứu mới nhất cho thấy rằng các cánh tay này hình thành và phân tán trong các khoảng thời gian tương đối ngắn lên đến 100 triệu năm (trong tổng số 13 tỷ năm tiến hóa của thiên hà). Bên trong những cánh tay đó, các sao, bụi và khí được tập trung chặt chẽ hơn so với các khu vực ít đặc hơn của đĩa thiên hà, và mật độ tăng này kích hoạt sự hình thành sao mạnh mẽ hơn. Kết quả là, các sao trong đĩa thiên hà thường trẻ hơn nhiều so với những sao trong khu vực phình.

"Các cánh tay xoắn ốc giống như những nút thắt giao thông khi mà khí và sao tụ lại và di chuyển chậm hơn trong các cánh tay. Khi vật chất đi qua các cánh tay xoắn ốc dày đặc, nó bị nén lại và điều này kích hoạt sự hình thành sao," Denilso Camargo, thuộc Đại học Liên bang Rio Grande do Sul ở Brazil, cho biết trong một tuyên bố.

Theo Quỹ Khoa học Quốc gia (NSF), hiện tại Dải Ngân Hà có bốn cánh tay xoắn ốc. Có hai cánh tay chính là Perseus, Scutum-Centaurus, cánh tay Sagittarius và cánh tay Orion.

Rải rác xung quanh đĩa và khu vực phình là các cụm sao cầu, tập hợp các sao cổ xưa. Tất cả những điều đó được bao quanh bởi một vòng hào quang hình cầu của bụi và khí, rộng gấp đôi so với đĩa. Các nhà thiên văn học tin rằng toàn bộ thiên hà được nhúng trong một vòng hào quang lớn hơn của vật chất tối vô hình. Vì vật chất tối không phát ra ánh sáng, sự hiện diện của nó chỉ có thể được suy luận gián tiếp qua các hiệu ứng hấp dẫn của nó lên chuyển động của các sao trong thiên hà. Các tính toán cho thấy rằng chất bí ẩn này chiếm tới 90% khối lượng của thiên hà.

Sự tiến hóa của Dải Ngân hà bắt đầu khi những đám mây khí và bụi bắt đầu sụp đổ, bị lực hấp dẫn đẩy lại với nhau. Những ngôi sao đầu tiên sinh ra từ những đám mây sụp đổ đó là những ngôi sao mà chúng ta thấy ngày nay trong các cụm sao cầu. Quầng sáng hình cầu xuất hiện ngay sau đó, tiếp theo là đĩa thiên hà phẳng. Thiên hà bắt đầu nhỏ và phát triển khi lực hấp dẫn không thể tránh khỏi kéo mọi thứ lại với nhau.

Tuy nhiên, sự tiến hóa của thiên hà vẫn còn là điều bí ẩn. Một môn học gọi là khảo cổ học thiên hà đang dần làm sáng tỏ một số bí ẩn về sự phát triển của Dải Ngân hà. Có bằng chứng cho thấy Dải Ngân hà đã va chạm với một số thiên hà nhỏ hơn trong quá trình tiến hóa của nó. Năm 2018, một nhóm các nhà thiên văn học người Hà Lan đã tìm thấy một nhóm gồm 30.000 ngôi sao di chuyển đồng bộ qua vùng lân cận của mặt trời theo hướng ngược lại với các ngôi sao còn lại trong bộ dữ liệu. Kiểu chuyển động này khớp với những gì các nhà khoa học đã thấy trước đây trong các mô phỏng máy tính về các vụ va chạm giữa các thiên hà. Những ngôi sao này cũng khác nhau về màu sắc và độ sáng, điều này cho thấy chúng đến từ một thiên hà khác.

Dấu tích của một vụ va chạm khác được phát hiện một năm sau đó. Dải Ngân hà tiếp tục nuốt chửng các thiên hà nhỏ hơn cho đến ngày nay. Một thiên hà tên là Nhân Mã hiện đang quay quanh gần Dải Ngân hà và có khả năng đã đâm xuyên qua đĩa của nó nhiều lần trong 7 tỷ năm qua. Có thể rằng những va chạm này đã kích hoạt các giai đoạn hình thành sao mạnh mẽ trong Dải Ngân hà và thậm chí có thể liên quan đến hình dạng xoắn ốc đặc trưng của chính bản thân nó.

-----------------------

Tài liệu tham khảo

[1]: Milky Way galaxy: Facts about our cosmic neighborhood | Space

[2]: A time-resolved picture of our Milky Way’s early formation history | Nature

[3]: The new I. A. U. system of galactic coordinates (1958 revision) - NASA/ADS (harvard.edu)

[4]: First Sagittarius A* Event Horizon Telescope Results. VI. Testing the Black Hole Metric - IOPscience

[5]: Milky Way Galaxy: Facts About Our Galactic Home (archive.org)

[6]: ESA Gaia Science Community - Gaia - Cosmos

Lê Ngọc Khánh Nghi - Võ Nguyễn Nhật Minh

Ban Nội Dung CLB Thiên văn USAC