Vũ trụ chứa hàng tỷ thiên hà, trong đó Ngân hà của chúng ta chỉ là một. Thường được coi là sự kết tụ khổng lồ của các ngôi sao, đó là cách chúng trông như thế nào trong các bức ảnh, các thiên hà thực sự cũng chứa các loại vật chất khác, chẳng hạn như khí, bụi và vật chất tối.
Các nhà thiên văn học biết rằng các thiên hà bắt đầu hình thành ngay sau Vụ nổ lớn, nhưng họ vẫn chưa hiểu đầy đủ về quá trình mà chúng kết thúc như chúng ta thấy ngày nay. Dưới đây là một số lý thuyết hứa hẹn nhất về cách các thiên hà hình thành, cách thức và lý do chúng hợp nhất, cũng như các loại thiên hà khác nhau đã được quan sát.
Các lý thuyết về cách các thiên hà hình thành
Khi vũ trụ mở rộng về kích thước sau Vụ nổ lớn, tất cả vật chất trong nó được trải ra ngày càng mỏng. Đồng thời, có một tác động cạnh tranh – lực hấp dẫn – kéo vật chất thường khuếch tán này thành những đám đông đặc hơn. Một số đám đông chỉ là sự cố thoáng qua rồi cuối cùng tan biến, nhưng trong những trường hợp khác, lực hấp dẫn của khối đủ mạnh để kéo thêm vật chất vào và cho phép nó phát triển.
Khi khối lượng của khối tăng lên, lực hấp dẫn của nó đã kéo theo, khiến nó sụp đổ xuống kích thước nhỏ hơn và mật độ cao hơn. Theo cách này, các thiên hà tiền thân đầu tiên có thể hình thành trong vài trăm nghìn năm đầu tiên tồn tại của vũ trụ, theo Trung tâm Chuyến bay Không gian Goddard của NASA (mở trong tab mới).
Điều đó được khá nhiều nhà thiên văn đồng ý. Điều ít chắc chắn hơn là những thiên hà tiền thân đầu tiên đó có liên quan như thế nào với những thiên hà trưởng thành mà chúng ta thấy ngày nay. Về cơ bản có hai lý thuyết cạnh tranh, được gọi là “từ trên xuống” và “từ dưới lên”. Lý thuyết từ trên xuống, ra đời từ năm 1962, xuất hiện đầu tiên. Theo đó, những đám mây đầu tiên sụp đổ có dạng những đám mây khí khổng lồ có tổng khối lượng tương đương với các thiên hà ngày nay.
Khi khí sụp đổ và mật độ của nó tăng lên, một số ngôi sao đã hình thành từ rất sớm, trước khi khí ổn định thành một đĩa quay. Những ngôi sao ban đầu này tạo thành thành phần giống như hình elip hoặc phình ra của một thiên hà, trong khi những ngôi sao sau này hình thành bên trong thành phần đĩa mỏng hơn nhiều.
Lý thuyết từ dưới lên, còn được gọi là mô hình “phân cụm theo cấp bậc”, gần đây hơn và thường được coi là phù hợp hơn với các bằng chứng quan sát hiện tại. Nó giới thiệu hai nhân tố mới không đóng vai trò chính trong mô hình từ trên xuống: vật chất tối và sự hợp nhất giữa các thiên hà.
Chúng ta biết rằng vật chất tối phải tồn tại trong các thiên hà vì ảnh hưởng của nó đến tốc độ quay của chúng, và có vẻ như nó đã đóng một phần quan trọng trong sự hình thành ban đầu của các thiên hà. Nhưng lý thuyết từ dưới lên, không giống như lý thuyết từ trên xuống, không cho rằng các thiên hà tiền nguyên thủy phải có cùng kích thước với các thiên hà ngày nay. Thay vào đó, người ta cho rằng chúng nhỏ hơn nhiều và chỉ sau này chúng mới phát triển đến kích thước hiện tại thông qua nhiều lần hợp nhất.
Sự tiến hóa của thiên hà
Các nhà thiên văn học khá tin tưởng rằng những vụ hợp nhất đóng một vai trò nào đó trong việc hình thành các thiên hà mà chúng ta thấy ngày nay. Một lý do là các kính viễn vọng mạnh mẽ như Hubble đã tiết lộ rất nhiều ví dụ về sự hợp nhất giữa các thiên hà vẫn xảy ra cho đến ngày nay.
Trên hết, các thiên hà xa xôi nhất – do tốc độ hữu hạn mà ánh sáng truyền đi, được nhìn thấy như chúng cách đây hàng tỷ năm – trông nhỏ hơn và có cấu trúc kém hơn hẳn so với các thiên hà gần đó, theo trang web JWST của NASA (mở trong tab mới). Đây dường như là một dấu hiệu rõ ràng cho thấy các thiên hà phải tiến hóa trong khoảng thời gian từ khi hình thành ban đầu cho đến ngày nay.
Các loại thiên hà khác nhau
Hình elip
Khoảng một phần ba thiên hà có rất ít khí hoặc bụi và không có vùng hình thành sao đang hoạt động. Hình elip lớn nhất trong số này, hình elip khổng lồ, có thể lên tới 300.000 năm ánh sáng, trong khi hình elip lùn chỉ có kích thước vài nghìn năm ánh sáng.
Xoắn ốc
Đây là những thiên hà đặc biệt nhất, bao gồm một đĩa mỏng khí, bụi và các ngôi sao hiển thị một mô hình xoắn ốc thường trông rất ngoạn mục. Hầu hết các thiên hà xoắn ốc cũng có một chỗ phình ra nhỏ ở trung tâm giống như một thiên hà hình elip, và có thể là một thanh trung tâm.
không thường xuyên
Đây là danh mục “mọi thứ khác” – không phải là một hình elip trơn nhẵn, không đặc sắc cũng không phải là một hình xoắn ốc đối xứng, đều đặn. Các thiên hà trông không bình thường trở nên phổ biến hơn nhiều ở những khoảng cách lớn hơn – nói cách khác, sớm hơn trong sự sống của vũ trụ. Có khả năng là, theo thời gian, chúng sẽ hợp nhất thành hình xoắn ốc hoặc hình elip.
Tài nguyên bổ sung
Khám phá cách kính thiên văn có thể nghiên cứu các thiên hà xuyên thời gian trong video này của NASA (mở trong tab mới). Ngoài ra, bạn có thể đọc thêm về sự hình thành và tiến hóa của các thiên hà tại trang web của Bảo tàng Lịch sử Tự nhiên Hoa Kỳ (mở trong tab mới).