Ngân Hà chứa Hệ Mặt Trời và hành tinh Trái Đất bên trong nó. Ngân Hà rất đặc biệt với chúng ta, nhưng xét trên toàn vũ trụ, nó cũng chỉ là một thiên hà xoắn ốc bình thường như hàng tỷ thiên hà xoắn ốc khác.
Vào những buổi tối trời đẹp, ngước nhìn lên bầu trời đầy sao và bạn sẽ thấy một dải sáng vắt ngang bầu trời. Trong quá khứ, con người ở các nền văn hóa khác nhau đã miêu tả dải sáng này bằng nhiều hình ảnh thú vị, như là con sông, dòng sữa, lối đi, nhà trời,...
Từ khi Trái Đất được hình thành, dải sáng đó đã chiếu sáng rực rỡ trên bầu trời và vì thế đó là một trong những thứ đầu tiên được con người chiêm ngưỡng. Thật ra, đó chính là vùng trung tâm của Ngân Hà – thiên hà chứa chúng ta, khi nhìn từ vị trí của chúng ta là cánh tay xoắn ốc phía ngoài của nó.
Dải Ngân Hà vắt ngang bầu trời đảo thiên đường Mangaia ở nam Thái Bình Dương. Hình ảnh này được chọn là tác phẩm đẹp nhất ở cuộc thi Nhiếp ảnh thiên văn được tổ chức bởi Bảo tàng Hàng hải Quốc gia Anh Quốc năm 2011. (Ảnh: Tunc Tezel).
Hiểu được cấu trúc của Ngân Hà là một thử thách khó khăn và được thực hiện từ rất lâu. Hệ Mặt Trời của chúng ta nằm ở một vùng gần rìa bên ngoài của đĩa vật chất Ngân Hà, nên chúng ta chưa bao giờ nhìn xuyên qua được tâm Ngân Hà để quan sát phía bên kia của đĩa thiên hà.
Ngân Hà là một thiên hà xoắn ốc, trải rộng khoảng 100.000 năm ánh sáng. Nếu bạn có thể nhìn nó từ phía trên, bạn sẽ thấy phần trung tâm phình rộng ra và có bốn cánh tay xoắn ốc lớn bao xung quanh. Các thiên hà xoắn ốc giống Ngân Hà rất phổ biến, chúng chiếm hai phần ba trong tổng số các thiên hà trong vũ trụ.
Không giống như những thiên hà xoắn ốc thông thường, những thiên hà xoắn ốc dạng thanh (hay thiên hà xoắn ốc gãy khúc) có một vùng dạng thanh chắn chạy ngang qua trung tâm của nó, và nó có hai cánh tay xoắn ốc chính. Ngân Hà cũng vậy và có thêm hai cánh tay xoắn ốc nhỏ hơn. Một trong hai cánh tay nhỏ đó là Cánh tay xoắn ốc Orion, có chứa Hệ Mặt Trời, nó nằm giữa hai cánh tay lớn là Perseus và Sagittarius.
Hình ảnh toàn cảnh của thiên hà NGC 6744, một thiên hà lân cận và có dáng vẻ giống Ngân Hà của chúng ta với các cánh tay xoắn ốc. (Ảnh: ESO).
Ngân Hà không đứng yên, mà nó luôn tự quay quanh lõi của mình. Những cánh tay xoắn ốc luôn di chuyển trong không gian, Mặt Trời cùng các hành tinh cũng chuyển động cùng với chúng. Hệ Mặt Trời của chúng ta di chuyển với tốc độ 828.000 km/giờ, nhưng dù là với vận tốc nhanh kinh khủng này, chúng ta cũng phải mất đến 230 triệu năm để hoàn thành một vòng quay quanh lõi Ngân Hà.
Những cánh tay xoắn ốc khiến khí bụi và những ngôi sao cùng các hành tinh di chuyển chậm rãi cùng nhau, khi vật chất đi đến các khu vực dày đặc vật chất ở các cánh tay xoắn ốc, nó sẽ nén lại với nhau tạo nên những vùng có mật độ vật chất lớn, và thúc đẩy quá trình tạo thành sao mới.
Thiên hà Ngân Hà của chúng ta được bao quanh bởi một quầng khổng lồ là khí nóng phát sáng kéo dài hàng trăm năm ánh sáng. Tuy chỉ là quầng khí, nhưng ước tính nó có khối lượng nặng tương đương tất cả các ngôi sao trong Ngân Hà. Cũng giống Ngân Hà, quầng khí này tự di chuyển rất nhanh.
Những cánh tay xoắn ốc luôn quay quanh lõi Ngân Hà, mỗi cánh tay xoắn ốc như vậy chứa một lượng rất lớn bụi và khí, sao mới được hình thành liên tục ở đây. Những cánh tay xoắn ốc này tạo nên đĩa vật chất thiên hà, đĩa này dày khoảng 1.000 năm ánh sáng.
Hình ảnh góc rộng cho thấy khu vực trung tâm của Ngân Hà, là khu vực phình ra, khi quan sát từ Trái Đất. Khu vực được đánh dấu ô đỏ trong hình là vùng quan sát qua bước sóng ánh sáng hồng ngoại bởi kính VISTA. Ảnh: ESO/Nick Risinger (skysurvey.org).
Ở trung tâm của Ngân Hà là phần phình to ra. Lõi của Ngân Hà được nhồi nhét đầy khí, bụi và sao. Số lượng sao trong Ngân Hà chiếm tỷ lệ rất nhỏ, bởi phần lớn chúng đều được tập trung ở phần phình ra này. Bụi, khí và sao nơi đây dày đặc đến nỗi bạn không thể nhìn thấy được vào lõi của Ngân Hà, chứ nói gì là nhìn được xuyên qua phía bên kia.
Nằm tại trung tâm của Ngân Hà là một hố đen siêu khổng lồ, có khối lượng lớn hơn gấp hàng tỷ lần so với Mặt Trời. Hố đen siêu khổng lồ này có thể đã bắt đầu thu nhỏ dần hơn, nhưng lượng khí, bụi dư thừa của nó vẫn cho phép nó có thể phát triển thậm chí là to hơn.
Hố đen là những con quái vật háu ăn, chúng nuốt chửng hết mọi thứ ở xung quanh nó. Mặc dù các hố đen không thể quan sát được trực tiếp nhưng các nhà khoa học vẫn thấy được sự tác động về lực hấp dẫn của nó khi nó bóp méo và thay đổi đường đi của những vật thể ở xung quanh. Hầu hết các thiên hà đều có những hố đen lớn ở tâm.
Một đồ họa mô phỏng máy tính cho thấy sự sáp nhập giữa Ngân Hà và thiên hà Andromeda trong vài tỷ năm tới khi nhìn từ bầu trời Trái Đất. (Ảnh: NASA, ESA, Z. Levay và R. van der Marel (STScI), và A. Mellinger).
Thông tin nhanh về Ngân Hà:
- Ngân Hà chứa hơn 200 tỷ ngôi sao, và đủ khí bụi dư thừa để tạo thành thêm hàng tỷ ngôi sao nữa.
- Hệ Mặt Trời nằm cách 30.000 năm ánh sáng so với tâm Ngân Hà, và nằm lệch 20 năm ánh sáng về phía trên so với mặt phẳng của Ngân Hà. Trái Đất cùng các hành tinh không chuyển động song song với mặt phẳng Ngân Hà, mà nghiêng một góc khoảng 63 độ.
- Hơn một nửa những ngôi sao được tìm thấy trong Ngân Hà đều lớn tuổi hơn Mặt Trời là 4,5 tỷ năm tuổi. Những thiên hà giống Ngân Hà của chúng ta đã trải qua quá trình 'bùng nổ dân số' khi các sao mới được tạo thành liên tục vào 10 tỷ năm trước.
- Loại sao phổ biến nhất trong Ngân Hà là sao lùn đỏ, là những sao ít nóng hơn và bằng một phần mười khối lượng Mặt Trời. Trước đây, chúng ta vẫn nghĩ những ngôi sao như vậy sẽ không sở hữu các hành tinh có khả năng tồn tại sự sống, nhưng giờ thì chúng lại trở thành những ứng cử viên sáng giá nhất cho công cuộc săn tìm ngoại hành tinh.
- Vào cuối những năm 1920, các nhà thiên văn đều cho rằng tất cả những ngôi sao trong vũ trụ đều nằm trong Ngân Hà. Cho đến khi Edwin Hubble khám phá ra một ngôi sao đặc biệt được gọi là sao biến quang Cepheid, nó cho phép ông đo chính xác khoảng cách từ Trái Đất đến nó, và các nhà thiên văn lúc bấy giờ mới nhận ra rằng ngoài kia còn có những thiên hà riêng biệt.
- NASA gần đây đã chọn tiến hành sứ mệnh Đài quan sát Quang phổ Terahertz Thiên hà/Liên thiên hà (GUSTO), đưa một kính thiên văn lên cao bằng một khinh khí cầu để nó dựng bản đồ Ngân Hà và thiên hà Đám mây Magellan Lớn lân cận. Sứ mệnh này sẽ được bắt đầu vào năm 2021 từ McMurdo, Châu Nam Cực và lơ lửng trong không trung từ 100 đến 170 ngày tùy vào thời tiết.
Đây là dải Ngân Hà trên bầu trời bán cầu nam, nhiều sao sáng và thiên thể thú vị hơn so với khi quan sát Ngân Hà ở bán cầu bắc. Tinh vân Bao than là khoảng tối nằm giữa dải ánh sáng. Sao Alpha Centauri (ngôi sao gần Hệ Mặt Trời nhất, cách 4,3 năm ánh sáng) cùng sao Beta Centauri ở ngay bên trái Tinh vân Bao than, trong khi chòm sao Crux (Thập tự Phương nam) nổi tiếng thì nằm ở trên bên phải của Tinh vân Bao than. Hình ảnh được chụp vào ngày 6 tháng 4 năm 1986 ở La Serena, Chile. (Ảnh: Joe Rao).