CÁC THIÊN HÀ XOẮN ỐC: ĐẶC ĐIỂM VÀ KIỂU - ARTE - 2025

Một thiên hà xoắn ốc là một cụm tượng đài của các ngôi sao đĩa hình với cánh tay xoắn ốc, giống như hình dạng của một vòng hoa. Hình dạng của các cánh tay khác nhau rất nhiều, nhưng nhìn chung, một trung tâm cô đặc được phân biệt rõ ràng được bao quanh bởi một đĩa mà từ đó các xoắn ốc mọc lên.

Gần 60% các thiên hà hiện được biết đến là hình xoắn ốc với các cấu trúc đặc trưng sau: phình trung tâm hoặc phình thiên hà, đĩa, nhánh xoắn ốc và vầng hào quang.

Hình 1. Thiên hà Chong chóng trong chòm sao Ursa Major nằm cách Trái đất 21 triệu năm ánh sáng. Nguồn: Wikimedia Commons. ESA / Hubble.

Chúng là những thiên hà có vẻ đẹp lạ thường có thể nằm trong các chòm sao như Eridano. Tất cả chúng đều được mã hóa nhờ công của nhà thiên văn học Edwin Hubble (1889-1953).

nét đặc trưng

Hai phần ba các thiên hà xoắn ốc có thanh trung tâm, tạo thành một loại phụ gọi là thiên hà xoắn ốc có thanh, để phân biệt chúng với các thiên hà xoắn ốc đơn giản. Chúng chỉ có hai đường xoắn ốc đi ra khỏi thanh và uốn lượn theo cùng một hướng. Dải Ngân hà của chúng ta là một ví dụ về thiên hà xoắn ốc có thanh, mặc dù chúng ta không thể quan sát nó từ vị trí của mình.

Chỗ phồng trung tâm có màu đỏ, do sự hiện diện của các ngôi sao lớn tuổi. Có rất ít khí trong nhân và một lỗ đen thường được tìm thấy ở trung tâm.

Phần đĩa của nó có màu hơi xanh và chứa nhiều khí và bụi, với sự hiện diện của các ngôi sao trẻ và nóng hơn quay quanh các đường gần như tròn xung quanh hạt nhân thiên hà, nhưng chậm hơn so với các sao của hạt nhân.

Đối với các hình xoắn ốc, chúng có rất nhiều loại, từ loại quấn chặt quanh phần phình trung tâm hoặc các cánh tay được bố trí thoáng hơn trên đó. Chúng nổi bật nhờ vào số lượng lớn các ngôi sao trẻ, màu xanh, nóng mà chúng chứa đựng.

Có một số lý thuyết về lý do tại sao chúng được hình thành, mà chúng ta sẽ nói ở phần sau.

Cuối cùng, có một vầng hào quang hình cầu bao quanh toàn bộ đĩa, nghèo khí và bụi, trong đó những ngôi sao lâu đời nhất được nhóm lại thành những cụm sao hình cầu, những cụm khổng lồ với hàng nghìn, thậm chí hàng triệu ngôi sao di chuyển với tốc độ cao.

Các loại thiên hà xoắn ốc

Để phân loại các thiên hà theo hình thái của chúng (hình dạng khi nhìn từ Trái đất), âm thoa do Edwin Hubble tạo ra vào năm 1936 được sử dụng. Sự phân loại này sau đó đã được các nhà thiên văn khác sửa đổi bằng cách thêm các kiểu phụ và số vào ký hiệu ban đầu.

Chữ cái Hubble đã mã hóa các thiên hà theo cách này: E cho các thiên hà hình elip, SO cho các thiên hà hình thấu kính và S cho các hình xoắn ốc.

Hai loại khác sau đó đã được thêm vào để bao gồm các thiên hà xoắn ốc có thanh SB và các thiên hà có hình dạng không theo một khuôn mẫu và không đều: Irr. Khoảng 90% tất cả các thiên hà quan sát được là hình elip hoặc xoắn ốc. Chỉ 10% thuộc loại Irr.

Hình 2. Sơ đồ âm thoa của các thiên hà. Nguồn: Wikimedia Commons. Người tải lên ban đầu là Cosmo0 tại Wikipedia tiếng Anh. (Văn bản gốc: Không đưa ra).

Hubble tin rằng các thiên hà bắt đầu cuộc sống của chúng dưới dạng cấu trúc hình cầu thuộc loại E0, sau đó phát triển các nhánh và trở thành các thiên hà xoắn ốc mà cuối cùng sẽ không đều.

Tuy nhiên, nó đã được chỉ ra rằng không phải như vậy. Các thiên hà hình elip có chuyển động quay chậm hơn nhiều sẽ không khiến chúng bị phẳng và tạo ra hình xoắn ốc.

Trên các nhánh của âm thoa Hubble là các thiên hà xoắn ốc: S đối với xoắn ốc bình thường và SB đối với xoắn ốc có thanh. Các chữ cái thường biểu thị các kiểu con: "a" cho biết các cuộn dây được đóng chặt xung quanh hạt nhân, trong khi "c" được sử dụng khi chúng lỏng hơn. Đồng thời tỷ trọng khí cũng tăng theo.

Dải Ngân hà thuộc loại SBb, với Mặt trời ở một trong các nhánh xoắn ốc: nhánh của Orion, được gọi như vậy vì các ngôi sao của chòm sao này cũng được tìm thấy trong đó, một trong những ngôi sao nổi bật nhất được nhìn thấy từ Trái đất.

Các lý thuyết về nguồn gốc của xoắn ốc

Nguồn gốc của các nhánh xoắn ốc vẫn chưa được biết một cách chắc chắn, tuy nhiên có một số giả thuyết cố gắng giải thích chúng. Để bắt đầu, các nhà thiên văn học đã sớm quan sát thấy các cấu trúc khác nhau trong một thiên hà xoắn ốc quay với các tốc độ khác nhau. Đây được gọi là sự quay vi sai và là một đặc điểm của các loại thiên hà này.

Bên trong đĩa của các thiên hà xoắn ốc quay nhanh hơn nhiều so với bên ngoài, trong khi vầng hào quang không quay. Vì lý do này, ban đầu người ta tin rằng đây là nguyên nhân khiến các vòng xoắn ốc xuất hiện và không chỉ vậy, đây còn là bằng chứng về sự tồn tại của vật chất tối.

Tuy nhiên, nếu đúng như vậy, các vòng xoắn ốc sẽ tồn tại trong thời gian ngắn (tất nhiên là về mặt thiên văn học), bởi vì chúng sẽ tự quấn quanh mình và biến mất.

Mật độ sóng và sự tự lan truyền của sao

Một lý thuyết được chấp nhận nhiều hơn để giải thích sự tồn tại của xoắn ốc là lý thuyết về sóng mật độ. Lý thuyết này, được tạo ra bởi nhà thiên văn Thụy Điển Bertil Lindblad (1895-1965) giả định rằng vật chất trải qua các biến thể về nồng độ của nó, giống như âm thanh, có thể lan truyền trong môi trường thiên hà.

Bằng cách này, các khu vực tập trung nhiều hơn được tạo ra, chẳng hạn như hình xoắn ốc và những khu vực khác ít hơn, đó sẽ là khoảng cách giữa chúng. Nhưng những khu vực này có thời gian giới hạn, vì vậy cánh tay có thể cử động mặc dù hình dạng của chúng vẫn tồn tại theo thời gian.

Điều này giải thích tại sao xoắn ốc là những khu vực rất năng động về sản xuất sao. Ở đó khí và bụi tập trung nhiều hơn, do đó lực hấp dẫn can thiệp để các vật chất kết tụ lại với nhau tạo thành tiền sao, điều này sẽ làm phát sinh các ngôi sao trẻ và có khối lượng lớn.

Lý thuyết khác tìm cách giải thích xoắn ốc là lý thuyết về sự tự lan truyền. Các ngôi sao lớn màu xanh lam trong các nhánh xoắn ốc được biết là tồn tại ngắn hạn so với các ngôi sao lạnh hơn, đỏ hơn trong lõi.

Những ngôi sao trước đây thường kết thúc cuộc đời của mình trong những vụ nổ siêu tân tinh khổng lồ, nhưng vật chất có thể được tái chế thành những ngôi sao mới ở cùng một nơi với những ngôi sao trước đó: cánh tay xoắn ốc.

Điều này sẽ giải thích sự tồn tại của các cánh tay, nhưng không phải là nguồn gốc của chúng. Vì lý do này, các nhà thiên văn học tin rằng chúng là do sự kết hợp của các yếu tố: cùng một vòng quay vi sai, sự tồn tại của các sóng mật độ, sự tự lan truyền của các ngôi sao và sự tương tác với các thiên hà khác.

Tất cả những trường hợp này cùng nhau làm phát sinh các loại nhánh xoắn ốc khác nhau: mỏng và được phân định rõ ràng hoặc dày và kém xác định.

Sự khác biệt với các thiên hà elip

Sự khác biệt rõ ràng nhất là các ngôi sao trong các thiên hà hình elip phân bố đều hơn trong các thiên hà xoắn ốc. Trong số này, chúng xuất hiện tập trung trong đĩa màu đỏ và rải rác trong các nhánh xoắn ốc, có màu hơi xanh, trong khi phân bố trong các thiên hà elip là hình bầu dục.

Một tính năng đặc biệt khác là sự hiện diện hoặc không có của khí và bụi giữa các vì sao. Trong các thiên hà hình elip, hầu hết vật chất đã biến thành sao từ lâu, vì vậy chúng có ít khí và bụi.

Về phần mình, các thiên hà xoắn ốc có những khu vực dồi dào khí và bụi, vốn tạo ra các ngôi sao mới.

Sự khác biệt đáng chú ý tiếp theo là loại sao. Các nhà thiên văn học phân biệt hai quần thể sao: quần thể I trẻ và quần thể II, sao già. Các thiên hà hình elip chứa các ngôi sao dân số II và một số nguyên tố nặng hơn heli.

Ngược lại, các thiên hà xoắn ốc chứa các Quần thể I và II. Trong đĩa và cánh tay, dân số tôi chiếm ưu thế hơn, trẻ hơn và có tính kim loại cao. Điều này có nghĩa là chúng chứa các nguyên tố nặng, tàn dư của những ngôi sao đã biến mất, trong khi trong quầng sáng là những ngôi sao lâu đời nhất.

Đây là lý do tại sao các ngôi sao tiếp tục hình thành trong các thiên hà xoắn ốc, trong khi ở các thiên hà elip thì không. Và các thiên hà hình elip có lẽ là kết quả của sự va chạm giữa các thiên hà xoắn ốc và không đều, trong đó phần lớn bụi vũ trụ biến mất và cùng với nó là khả năng tạo ra các ngôi sao mới.

Những vụ va chạm giữa các thiên hà là những sự kiện thường xuyên xảy ra, trên thực tế người ta tin rằng Dải Ngân hà đang va chạm với các thiên hà vệ tinh nhỏ: thiên hà lùn hình elip Nhân Mã SagDEG và thiên hà lùn Canis Major.

Bảng so sánh

Sự khác biệt giữa các thiên hà hình elip và xoắn ốc. Nguồn: Fanny Zapata.

Ví dụ về thiên hà xoắn ốc

Các thiên hà xoắn ốc có rất nhiều trong vũ trụ. Nhìn từ Trái đất, chúng là những vật thể có vẻ đẹp lạ thường do có nhiều dạng khác nhau. Ví dụ, trong chòm sao Eridano có năm thiên hà xoắn ốc thuộc các loại khác nhau, trong đó có ba thiên hà có vạch ngang. Một trong số đó là NGC 1300, được hiển thị bên dưới.

Hình 3. Thiên hà xoắn ốc có vạch ngăn NGC 1300 ở Erídano. Kevin Gill từ Los Angeles, CA, Hoa Kỳ

Con đường sữa

Đó là thiên hà chứa Hệ Mặt trời trong một trong những nhánh xoắn ốc của nó. Nó chứa từ 100 đến 400 tỷ ngôi sao với kích thước ước tính từ 150 - 200 nghìn năm ánh sáng. Nó là một phần của cái gọi là Nhóm thiên hà địa phương, cùng với Andromeda và khoảng 50 thiên hà khác, hầu hết đều là sao lùn.

Andromeda

Còn được gọi là M31, nó nằm trong chòm sao Andromeda, gần với chòm sao Cassiopeia với hình dạng dễ nhận biết là W. Nó có thể được nhìn thấy bằng mắt thường hoặc bằng ống nhòm tốt vào những đêm trời trong, không có trăng.

Mặc dù nó đã xuất hiện trong hồ sơ của các nhà thiên văn Ả Rập cổ đại, người ta vẫn chưa biết rằng nó là một thiên hà cho đến đầu thế kỷ 20, nhờ những quan sát của Edwin Hubble.

Hình 4. Thiên hà Andromeda. Nguồn: Pixabay.

Nó cách chúng ta khoảng 2,5 triệu năm ánh sáng và có kích thước bằng Dải Ngân hà, mặc dù nó được cho là có khối lượng lớn hơn một chút. Tuy nhiên, các ước tính gần đây chỉ ra rằng khối lượng của nó tương đương với khối lượng của thiên hà chúng ta.

Andromeda đang tiến đến gần chúng ta với tốc độ lớn, vì vậy dự kiến ​​trong khoảng 4,5 tỷ năm nữa nó sẽ va chạm với Dải Ngân hà, tạo ra một thiên hà hình elip khổng lồ.

Thiên hà Xoáy nước

Nó xuất hiện trong danh mục của Messier dưới dạng vật thể M51 và được chính Charles Messier phát hiện vào năm 1773. Nó được tìm thấy trong chòm sao Canes Venatici trên bầu trời lỗ khoan, gần Bootes và Leo, từ đó nó có thể được nhìn thấy bằng ống nhòm.

Vật thể thiên văn hùng vĩ này có hình dạng điển hình của một thiên hà xoắn ốc và ở khoảng cách ước tính từ 16 đến 27 triệu năm ánh sáng. Nó có một thiên hà đồng hành có thể nhìn thấy rõ ràng trong ảnh kính viễn vọng: thiên hà NGC 5195.

Hình 5. Thiên hà Xoáy nước và thiên hà vệ tinh của nó. Nguồn: Wikimedia Commons. NASA, ESA, S. Beckwith (STScI) và Nhóm Di sản Hubble STScI / AURA)

Người giới thiệu

1. Carroll, B. Giới thiệu về Vật lý Thiên văn Hiện đại. lần 2. Phiên bản. Lề.
2. Heras, A. Giới thiệu Thiên văn học và Vật lý thiên văn. Được khôi phục từ: antonioheras.com.
3. Oster, L. 1984. Thiên văn học hiện đại. Biên tập Reverté.
4. Wikipedia. Sự hình thành và tiến hóa của các thiên hà. Được khôi phục từ: es.wikipedia.org.
5. Wikipedia. Các thiên hà xoắn ốc. Được khôi phục từ: en.wikipedia.org.