Lịch sử nghiên cứu thiên hà sơ khai
10 trang
2110
Bạn đang xem tài liệu "Lịch sử nghiên cứu thiên hà sơ khai", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Tài liệu đính kèm:
- tim_hieu_ve_thien_ha_so_khai.pdf
Nội dung text: Lịch sử nghiên cứu thiên hà sơ khai
- THIÊN HÀ I. L I GI I THI U Nhóm Thiên hà Nhóm thiên hà này tên là Hickson Compact Group (HCG) 87, cách trái ñ t kho ng 400 tri u năm ánh sáng. Nh ng thiên hà ñang tương tác qua l c hút, nh hư ng nhau v c u trúc và s ti n hóa. B c nh ñư c ch p b i kính thiên văn Gemini South t i Cerro Pachón, Chile. ðài quan sát Gemini, GMOS Team/NASA Thiên hà, m t t p h p kh ng l hàng trăm tri u các vì sao, t t c ñang tương tác h p d n, và ñang bay quanh m t ñi m chung. Các nhà thiên văn h c ư c lư ng có kho ng 125 t thiên hà trong vũ tr . T t c các vì sao có th th y ñư c b ng m t thư ng t trái ñ t thu c v thiên hà c a trái ñ t, g i là Ngân hà. M t tr i, cùng v i nh ng hành tinh k t h p c a nó, ch là m t vì sao trong thiên hà này. Ngoài nh ng vì sao và hành tinh, các thiên hà còn ch a ñ ng các chòm sao; khinh khí d ng nguyên t và phân t ; các phân t ph c h p g m hydro, nitơ, carbon, silic và nh ng ch t khác; các tia vũ tr . II. L CH S NGHIÊN C U THIÊN HÀ SƠ KHAI
- Chòm sao Tiên N Thiên hà Tiên N , m t thiên hà xo n c gi ng như d i Ngân hà c a chúng ta, v t th xa trái ñ t nh t có th trông th y b ng m t thư ng. Xoáy l c các sao c a nó có th ñư c nhìn th y t Northern Hemisphere trong chòm sao Tiên N . Ngân hà và chòm sao Tiên N là b ph n thu c nhóm thiên hà ñư c g i là Nhóm “ð a phương”, ph n c a nhóm r ng hơn g i là qu n th Virgo. Robert Gendler/NASA Nhà thiên văn h c Ba Tư, al Sufi, ñã tin vào vi c mô t l n ñ u thiên hà xo n c ñã ñư c nhìn th y trong chòm sao Tiên N . Kho ng gi a th k XVIII, ch có 3 thiên hà ñư c nh n di n. Vào năm 1780, nhà thiên văn h c Pháp Charles Messier ñã công b m t danh sách bao g m 32 thiên hà. Nh ng thiên hà này gi ñây ñư c nh n bi t b i các s M (Messier); ví d như thiên hà Tiên N ñã bi t là M31. Hàng ngàn thiên hà ñư c bi t ñ n và ñư c ghi nh n b i các nhà thiên văn h c Anh Sir William Herschel, Caroline Herschel, và Sir John Herschel trong bu i bình minh th k XIX. T năm 1900, các thiên hà ñư c khám phá ph n l n nh vi c nghiên c u b ng nh ch p. Nh ng thiên hà cách trái ñ t r t xa hi n nh xíu trên nh r t khó phân bi t v i các vì sao. Thiên hà ñư c bi t ñ n r ng nh t kho ng 13 l n các vì sao d i Ngân hà. Năm 1912, nhà thiên văn h c M Vesto M. Slipher làm vi c t i ñài thiên văn Lowell Arizona ñã khám phá ra r ng quang ph v ch c a h t th y các thiên hà ñ u chuy n hư ng v vùng ñ . ði u này ñã ñư c nhà thiên văn h c M
- Edwin Hubble gi i thích rõ ràng là t t c các thiên hà ñang chuy n ñ ng ra xa nhau và d n ñ n k t lu n r ng vũ tr ñang giãn n . Không bi t vũ tr s ti p t c giãn n hay là hút nhau và r i cu i cùng chúng s b t ñ u co l i v m t ñi m mà t ñó chúng n y sinh ra. III. S PHÂN LO I THIÊN HÀ D i Ngân hà Nh ng thiên hà xo n c như d i Ngân hà c a chúng ta có d ng ñĩa ph ng tương ñ i v i nh ng cánh tay xo n c. B c nh màu không th c này nhìn v trung tâm Ngân hà, ñ nh v cách 30000 năm ánh sáng. Nh ng qu n th sao sáng chói th y ñư c trong nh d c theo nh ng vùng b i và khí t i hơn. Morton Milon/Science Source/Photo Researchers, Inc. Khi nhìn ho c ch p b ng kính thiên văn l n, ch nh ng thiên hà g n nh t l ra nh ng vì sao riêng l . ð i v i h u h t các thiên hà, ch có ánh sáng k t h p t t c các vì sao là ñư c nh n th y. Nh ng thiên hà bi u l nh ng d ng khác nhau. M t s có d ng hình c u toàn b v i tâm sáng chói. Nh ng thiên hà ñư c g i là ellip ch a ñ ng cư dân nh ng vì sao già, thư ng v i m t ít khí ho c b i hi n ra, và m t vài sao t o thành m i ñây. Nh ng thiên hà ellip có m t dãy kích thư c r ng l n, t kh ng l ñ n lùn t t. Ngư c l i, nh ng thiên hà xo n c là h th ng hình ñĩa dát ph ng bao g m không ch vài sao già mà còn nhi u cư dân r ng l n c a nh ng sao m i, nhi u khí và b i, và nh ng ñám mây phân t là nơi sinh trư ng c a nh ng vì sao. Thư ng thì nh ng vùng ch a ñ ng nh ng sao m i sáng chói và nh ng ñám mây khí ñư c s p x p thành nh ng cánh tay xo n c dài có th quan sát ñư c
- qu n quanh thiên hà. Nói chung, m t qu ng nh ng ngôi sao cũ m bao quanh ñĩa; m t ch phình ra nhân nh hơn thư ng t n t i, phun ra hai tia v t ch t mãnh li t ngư c nhi u. V t th Hoag Vòng ñai c a các sao xanh, ch c n ng, m i vây quanh nhân sao cũ hơn, các sao vàng trong thiên hà ñư c bi t ñ n như v t th Hoag. Các nhà thiên văn h c suy ñoán s phân chia b t thư ng này là k t qu c a m t s va ch m thiên hà khác. V t th Hoag n m cách 600 tri u năm ánh sáng trong chòm sao Serpens. STSCI/AURA/NASA Nh ng thiên hà gi ng ñĩa khác, không ph i d ng xo n c toàn b , ñư c phân lo i không theo quy lu t nào c . Nh ng thiên hà này cũng có m t s l n khí, b i và nh ng sao m i nhưng không s p x p theo d ng xo n c. Chúng thư ng ñ nh x g n nh ng thiên hà l n hơn và s xu t hi n c a chúng có th là k t qu c a m t cu c ch m trán dâng trào v i thiên hà ñ s hơn. M t vài thiên hà r t ñ i khác thư ng ñ nh x trong các nhóm kín hai ho c ba, và nh ng s tương tác trào dâng c a chúng gây ra s bóp méo nh ng cánh tay xo n c sinh ra nh ng ñĩa cong và nh ng ñuôi ch y thành dòng dài. Nh ng thiên hà vòng ñai, ví d như, t o thành khi m t thiên hà nh va ch m v i tâm thiên hà xo n c. M t
- vòng ñai các sao cư ng ñ m nh hình thành t i các rìa m i ngoài cùng ñư c k t h p v i thiên hà. Kính thiên văn không gian Hubble (HST) ñã phát giác nhi u thiên hà vòng ñai hơn các nhà thiên văn h c mong ñ i, g i ý r ng nh ng cu c ñ ng ñ thiên hà là ph bi n. Quasars là nh ng v t th xu t hi n như m t ngôi sao ho c g n như v y, nhưng s t t d n ánh sáng kh ng l c a chúng nh n bi t chúng như nh ng v t th nh ng kho ng cách r t xa. Chúng có l liên quan ch t ch ñ n nh ng thiên hà phát sóng vô tuy n và nh ng v t th BL Lacertae. Kính thiên văn không gian Hubble (HST) ñã hoàn thành vi c nghiên c u nh ng thiên hà g n ñây vào năm 1996 ñã cho bi t là t t c nh ng thiên hà r ng l n s ñư c x p cùng nhà v i Quasars trong cu c s ng thiên hà sơ khai. HST nghiên c u ch ra r ng ph n l n các thiên hà ch a nh ng h ñen ch c n ng mà s là giai ño n k ti p trong s ti n hóa thiên hà. IV. S XÁC ð NH KHO NG CÁCH THIÊN HÀ BÊN NGOÀI m t thiên hà nhìn qua kính thiên văn, suy ra kho ng cách c a nó là không th ñư c, ch bi t kho ng cách xa hay g n hơn v i trái ñ t. Các nhà thiên văn h c ư c lư ng kho ng cách b ng vi c ñ i chi u ñ sáng ho c kích thư c c a nh ng v t th trong thiên hà ñang xét v i Ngân hà. Nh ng sao sáng nh t, nh ng ngôi sao m i, các nhóm sao, và nh ng ñám mây khí ñã ñư c dùng vì m c ñích này. Nh ng sao thay ñ i ñ sáng, nh t là nh ng sao mà ñ sáng c a chúng thay ñ i m t cách tu n hoàn là quý giá b i vì chu kỳ dao ñ ng liên quan ñ n ñ sáng bên trong c a nó. B ng vi c quan sát mang tính tu n hoàn, ñ sáng th c có th ñư c tính toán và so sánh v i ñ sáng rõ ràng; r i thì kho ng cách có th suy ra ñư c. Các nhà thiên văn h c ñã h c ñư c r ng t c ñ các sao khi chúng bay quanh tâm thiên hà c a chúng ph thu c vào ñ sáng và kh i lư ng bên trong thiên hà ñó. Nh ng thiên hà quay nhanh c c kỳ chói l i; quay ch m thì th c ch t m nh t. N u t c ñ qu ñ o các sao trong thiên hà xác ñ nh ñư c thì kho ng cách c a thiên hà ñó có th bi t ñư c. V. S PHÂN B THIÊN HÀ
- Nh ng thiên hà xa xôi Vào tháng giêng năm 1996, các nhà thiên văn h c ñã ch ng t ñư c r ng có hơn g p 5 l n nh ng thiên hà trong vũ tr ñã bi t trư c ñây. S tr giúp cho k t lu n trên là b c nh Deep Field ñư c ch p b i kính thiên văn không gian Hubble trên qu ñ o. M c dù b c nh ch cho ñ m nh trên b u tr i, nó cũng ñã gói ghém nh ng thiên hà. UPI/NASA/REUTERS Nhìn chung, nh ng thiên hà không cô l p trong không gian mà thư ng là nh ng thành viên c a các nhóm ho c ñám nh hay kích thư c v a ph i mà l n lư t hình thành các siêu qu n th c a thiên hà. Thiên hà c a trái ñ t, d i Ngân hà, là m t trong 30 thiên hà nh nh t mà các nhà thiên văn h c g i là nhóm “ð a phương”. Ngân hà và chòm sao Tiên N là hai thành viên r ng nh t thu c nhóm này, m i cái có hàng trăm t sao. Nh ng t ng mây Magellan l n, nh và tí hon là nh ng thiên hà v tinh g n gũi, nhưng m i cái thì nh và m nh t v i kho ng 100 tri u sao.
- Va ch m các qu n th thiên hà Nhóm thiên hà 1E 0657 556 ñư c g i là "Bullet Cluster" th c s là hai nhóm thiên hà kh ng l ñã ñâm ñ u vào nhau. B c tranh ghép này ñư c t o t nh ng b c nh ch p ñư c b i nh ng kính thiên văn không gian khác nhau b ng tia X và ánh sáng kh ki n. Các nhà thiên văn h c nghĩ r ng v va ch m t o nên v t ch t t i quanh nh ng thiên hà, cho th y b ng nh ng vùng xanh, làm cong ánh sáng t nh ng thiên hà xa xôi hơn. Nh ng vùng màu h ng là khí nóng thoát ñi trong v va ch m. V t ch t t i là th c th v n còn chưa bi t t o l p kho ng 23% vũ tr . Ngư i ta cho r ng nó quay quanh nhi u thiên hà, tác ñ ng ñ n hình d ng c a chúng b ng s hút c a nó. NASA/Hubblesite/CXC/M.Markevitch Nhóm “ð a phương” là thành viên c a siêu qu n th “ð a phương”. ðám g n nh t là ñám Virgo ch a ñ ng hàng ngàn thiên hà. ðám Virgo t i ho c g n tâm siêu qu n th “ð a phương”, và hút vào nhóm “ð a phương” làm cho nhóm này xa d n ch m hơn s giãn n vũ tr thông thư ng s gây cho nó xa d n.
- S phân b thiên hà B n ñ này bao ph kho ng 10% b u tr i, ch s phân b c a kho ng 2 tri u thiên hà. Nh ng thiên hà k t c c v i nhau – màu ñen mô t nh ng vùng không gian r ng và màu xanh ñ i di n nh ng thiên hà. Nh ng thiên hà là v t ch m b m t c a nh ng b t k t l i kh ng l ñang vây quanh nh ng kho ng không bao la c a không gian r ng. Maddox Sutherland Efstathiou Loveday/Photo Researchers, Inc. M t cách t ng quát, s phân b các qu n th và siêu qu n th trong vũ tr là không ñ ng ñ u. Thay vì th , các siêu qu n th c a hàng ch c ngàn thiên hà ñã x p ñ t theo nh ng s i d i bu c dài quanh nh ng kho ng tr ng r ng l n. Great Wall, m t d i thiên hà ñư c khám phá vào năm 1989 du i ngang hơn n a t năm ánh sáng. Các nhà vũ tr h c gi thuy t r ng có v t ch t t i, th mà không phát cũng không ph n x ánh sáng, có kh i lư ng ñ ñ sinh ra các trư ng h p d n, ñáng tin c y ñ i v i c u trúc không ñ ng nh t c a vũ tr . Nh ng thiên hà xa xôi nh t ñư c bi t ñ n, g n rìa c a vũ tr quan sát ñư c, có màu xanh vì chúng g m nh ng sao m i r t nóng. Vi c quan sát nh ng thiên hà này t trái ñ t th t khó khăn vì ánh sáng và b c x chúng phát ra h u h t n m trong ngư ng xanh, tím và c c tím, m t ngư ng mà ña ph n b khí quy n trái ñ t ngăn ch n l i. Các nhà thiên văn h c ñã thu ñư c nh ng hình nh c a nh ng thiên hà m i b ng vi c s d ng kính thiên văn Keck Hawaii và HST ñ t trong qu ñ o trên cao khí quy n trái ñ t và vì th tránh ñư c s giao thoa khí quy n. Nh ng b c hình t HST cho th y nh ng thiên hà mà cách xa trái ñ t 13 t năm ánh sáng, nghĩa là chúng ñã ñư c ñ nh hình ngay sau khi vũ
- tr thành l p kho ng 13,7 t năm v trư c. Nh ng thiên hà xu t hi n d ng kh i c u, có l tiên ñoán ban ñ u nh ng thiên hà là ellip và xo n c. VI. S QUAY C A THIÊN HÀ XO N C Nh ng ñám mây khí và các sao bay quanh tâm thiên hà c a chúng. Các nhà thiên văn h c tin r ng h u h t các thiên hà ñ u quay quanh h ñen, m t v t th dày ñ c v i m t s c hút l n ñ n n i ch ng có v t nào g n ñó có th tr n thoát, ngay c ánh sáng. Khi dùng HST vào năm 1994, các nhà thiên văn h c ñã nhìn th y d u hi u ñ u tiên m t h ñen trung tâm m t thiên hà. Năm 1998, các nhà nghiên c u ñã tìm th y d u hi u ch c ch n trung tâm thiên hà c a d i Ngân hà, cách xa trái ñ t 28000 năm ánh sáng, g m m t h ñen g p hơn 2 tri u l n kh i lư ng m t tr i. Năm 1999, m t nhóm các nhà thiên văn h c ñã ch ra r ng có 2 v t sáng t i trung tâm thiên hà Tiên N là do các sao quay quá t c ñ quanh m t h ñen, tâm thiên hà th c. Chu kỳ quay hơn 100 tri u năm. Nh ng chuy n ñ ng này ñư c nghiên c u b ng cách ño v trí các quang ph v ch trong thiên hà. nh ng thiên hà xo n c, các sao chuy n ñ ng theo nh ng qu ñ o tròn, v i v n t c tăng cùng s gia tăng kho ng cách t tâm. T i nh ng rìa c a ñĩa xo n c, v n t c 300 km/s (kho ng 185 d m/s) ñã ñư c ño t i nh ng kho ng cách l n b ng 150000 năm ánh sáng. Vi c gia tăng t c ñ cùng v i kho ng cách này không gi ng như nh ng t c ñ hành tinh trong h m t tr i, ví d như t m t tr i thì có nơi t c ñ c a các hành tinh gi m v i kho ng cách tăng. S d bi t này nói lên r ng kh i lư ng thiên hà không t p trung t i tâm như kh i lương trong h m t tr i. Ph n kh i lư ng thiên hà ñáng chú ý ñ nh x t i nh ng kho ng cách xa t tâm thiên hà, nhưng kh i lư ng này có ñ sáng ít i ñ n n i nó ch ñư c phát hi n b i s c hút tr ng trư ng c a nó. Vi c nghiên c u t c ñ các sao nh ng thiên hà phía ngoài khi n ta tin r ng nhi u kh i lư ng trong vũ tr không th th y ñư c như các sao. B n ch t xác th c c a v t ch t t i này ñ n nay chưa rõ. VII. S PHÁT X T THIÊN HÀ Ki n th c v s xu t hi n thiên hà d a trên nh ng s quan sát quang h c. Ki n th c v s c u thành và nh ng chuy n ñ ng c a các sao ñ n t vi c nghiên c u quang ph cũng thu c lĩnh v c quang h c. Vì khí hydro nh ng cánh tay thiên hà xo n c phát x ph n quang ph ñi n t vô tuy n, nhi u chi ti t v c u trúc thiên hà ñư c bi t t vi c nghiên c u vùng vô tuy n. B i nóng trong nhân và nh ng cánh tay thiên hà xo n c b c ra ph n ph h ng ngo i. Vài thiên hà b c x năng lư ng nhi u hơn trong vùng nhìn th y.
- Nh ng s quan sát tia X m i ñây ñã ch ng th c r ng nh ng qu ng thiên hà ch a khí nóng hàng tri u ñ . S phát x tia X cũng ñã quan sát t các v t th khác nhau như nh ng ñám khí c u, nh ng v t còn l i c a ngôi sao m i và khí nóng trong nh ng c m thiên hà. Các cu c quan sát trong vùng t ngo i cũng ti t l nh ng ñ c tính c a khí trong qu ng sáng, cũng như nh ng chi ti t v s ti n hóa c a các sao m i trong thiên hà. VIII. NGU N G C THIÊN HÀ Th k XXI ñã b t ñ u, các nhà thiên văn h c tin tư ng h g n sát nhi u hơn ñ hi u ngu n g c thiên hà. Các cu c quan sát ñư c th c hi n b i v tinh Thám hi m n n vũ tr (COBE), ñư c phóng vào năm 1989, ñã ch ng th c nh ng d ñoán làm nên b i thuy t V n l n c a ngu n g c vũ tr . COBE cũng ñã phát hi n nh ng s b t ñ ng nh t nh , hay nh ng g n trong n n b c x ñ ng ñ u tràn ng p kh p vũ tr . Ngư i ta cho r ng nh ng g n này là các c c v t ch t ñư c hình thành ngay sau V n l n. Các c c này tr nên nh ng h t gi ng mà t ñó nh ng thiên hà và nh ng ñám thiên hà phát tri n. Các g n ñư c nghiên c u t m hơn trong nh ng vùng tr i h n ñ nh b i tr ng thái khác nhau c a nh ng th c nghi m d a trên ñ t và khí. G n ñây nhi u tàu vũ tr , máy dò b t ñ ng hư ng vi ba Wilkinson c a NASA (WMAP), ñã th c hi n nh ng cu c quan sát chính xác hơn nh ng g n này ngang qua b u tr i hoàn toàn. Trong năm 2003, nh ng k t qu c a WMAP ñã ch ng th c s t n t i c a nh ng h t gi ng thiên hà này, cung c p m t b n ñ b u tr i ñ y ñ c a nh ng thiên hà n i b t trong vũ tr . M NH HI U lư c d ch t Microsoft ® Encarta ® 2008. © 1993 2007 Microsoft Corporation. All rights reserved.
