Có rất nhiều loại thiên hà trong vũ trụ. Các nhà thiên văn học có xu hướng phân loại chúng trước tiên theo hình dạng của chúng: xoắn ốc, hình elip, hình thấu kính và không cân đối. Chúng ta đang sống trong một thiên hà xoắn ốc và chúng ta có thể nhìn thấy những thiên hà khác từ vị trí thuận lợi của chúng ta trên Trái đất. Một cuộc khảo sát các thiên hà trong các cụm sao như cụm sao Xử Nữ cho thấy một loạt các thiên hà có hình dạng khác nhau đáng kinh ngạc. Câu hỏi lớn mà các nhà thiên văn học nghiên cứu những vật thể này đặt ra là: chúng hình thành như thế nào và điều gì trong quá trình tiến hóa ảnh hưởng đến hình dạng của chúng?
Thiên hà dạng thấu kính về một số mặt, chúng giống với cả thiên hà xoắn ốc và thiên hà elip nhưng thực sự được cho là một dạng thiên hà chuyển tiếp. Ví dụ, các thiên hà dạng thấu kính trông giống như một thiên hà xoắn ốc đang mờ dần. Tuy nhiên, một số đặc điểm khác của chúng, như thành phần của chúng, phù hợp hơn với các thiên hà hình elip. Vì vậy, rất có thể chúng là loại thiên hà độc nhất của riêng chúng.
Cấu trúc của Thiên hà dạng thấu kính
Các thiên hà dạng thấu kính nhìn chung có hình dạng giống đĩa phẳng. Tuy nhiên, không giống như các thiên hà xoắn ốc, chúng thiếu các cánh tay đặc biệt thường quấn quanh phần phình trung tâm. (Mặc dù, giống như cả thiên hà xoắn ốc và elip, chúng có thể có cấu trúc thanh đi qua lõi của chúng.)
Vì lý do này, các thiên hà dạng thấu kính có thể khó phân biệt với thiên hà elip nếu chúng được nhìn trực diện. Chỉ khi ít nhất một phần nhỏ của rìa được nhìn thấy rõ ràng, các nhà thiên văn học mới có thể nói rằng một thiên hà dạng thấu kính có thể phân biệt được với các đường xoắn ốc khác. Mặc dù một thiên hà dạng thấu kính có phần phình ra ở trung tâm tương tự như các thiên hà xoắn ốc, nhưng nó có thể lớn hơn nhiều.
Khi đánh giá bằng các ngôi sao và hàm lượng khí của một thiên hà dạng thấu kính, nó giống với một thiên hà hình elip hơn nhiều. Đó là bởi vì cả hai loại thiên hà này hầu hết đều có các ngôi sao cũ, màu đỏ và rất ít các ngôi sao màu xanh nóng. Đây là một dấu hiệu cho thấy sự hình thành sao đã chậm lại đáng kể, hoặc không tồn tại ở cả dạng thấu kính và hình elip. Tuy nhiên, thiên hà dạng thấu kính thường có hàm lượng bụi nhiều hơn thiên hà hình elip.
Các thiên hà dạng thấu kính và chuỗi Hubble
Vào thế kỷ 20, nhà thiên văn học Edwin Hubble bắt đầu cố gắng tìm hiểu cách các thiên hà hình thành và phát triển. Ông đã tạo ra thứ được gọi là “Chuỗi Hubble” (Hubble Sequence) – hay bằng đồ thị, biểu đồ Hubble Tuning Fork, đặt các thiên hà trên một loại hình âm thoa dựa trên hình dạng của chúng. Ông tưởng tượng rằng các thiên hà bắt đầu như hình elip, hình tròn hoàn hảo hoặc gần như vậy.
Sau đó, theo thời gian, ông nghĩ rằng sự quay của chúng sẽ khiến chúng phẳng ra. Cuối cùng, điều này sẽ dẫn đến việc tạo ra các thiên hà xoắn ốc (một nhánh của âm thoa) hoặc các thiên hà Xoắn ốc có thanh (Barred spiral galaxy) (nhánh còn lại của âm thoa).
Tại nơi chuyển tiếp, nơi ba nhánh của âm thoa gặp nhau, có các thiên hà dạng thấu kính; không hoàn toàn elip không hoàn toàn xoắn ốc hoặc xoắn ốc có thanh. Về mặt chính thức, chúng được phân loại là thiên hà S0 trên Chuỗi Hubble. Tuy nhiên trình tự ban đầu của Hubble không hoàn toàn khớp với dữ liệu chúng ta có về các thiên hà ngày nay, nhưng biểu đồ vẫn rất hữu ích trong việc phân loại các thiên hà theo hình dạng của chúng.
Sự hình thành các Thiên hà dạng thấu kính
Công trình đột phá của Hubble về các thiên hà có thể đã ảnh hưởng đến ít nhất một trong những lý thuyết hình thành của các thiên hà dạng thấu kính. Về cơ bản, ông đề xuất rằng các thiên hà dạng thấu kính tiến hóa ra khỏi các thiên hà elip như một sự chuyển tiếp sang thiên hà xoắn ốc (hoặc xoắn ốc có thanh), nhưng một lý thuyết hiện tại cho rằng nó có thể là ngược lại.
Vì các thiên hà dạng thấu kính có hình dạng giống cái đĩa với phần phình ra ở trung tâm nhưng không có các nhánh đặc biệt, nên có thể chúng chỉ đơn giản là các thiên hà xoắn ốc cũ, mờ nhạt. Sự hiện diện của nhiều bụi, nhưng không có nhiều khí cho thấy rằng chúng đã cũ, điều này dường như xác nhận nghi ngờ này.
Nhưng có một vấn đề quan trọng: các thiên hà dạng thấu kính, về trung bình, sáng hơn nhiều so với các thiên hà xoắn ốc. Nếu chúng thực sự là những thiên hà xoắn ốc mờ nhạt, bạn sẽ mong đợi chúng mờ hơn, chứ không phải là sáng hơn.
Vì vậy, để thay thế, một số nhà thiên văn học hiện nay cho rằng các thiên hà dạng thấu kính là kết quả của sự hợp nhất giữa hai thiên hà cũ, xoắn ốc. Điều này sẽ giải thích cấu trúc đĩa và việc thiếu khí tự do. Ngoài ra, với khối lượng kết hợp của hai thiên hà, sẽ giải thích cho độ sáng bề mặt cao hơn.
Lý thuyết này vẫn cần một số công việc để giải quyết một số vấn đề. Ví dụ, các mô phỏng trên máy tính dựa trên những quan sát về các thiên hà trong suốt vòng đời của chúng cho thấy rằng chuyển động quay của các thiên hà sẽ tương tự như chuyển động quay của các thiên hà xoắn ốc bình thường. Tuy nhiên, đó thường không phải là những gì quan sát được trong các thiên hà dạng thấu kính. Vì vậy, các nhà thiên văn đang nghiên cứu để hiểu tại sao lại có sự khác biệt về chuyển động quay giữa các loại thiên hà. Phát hiện đó thực sự hỗ trợ cho lý thuyết xoắn ốc mờ dần. Vì vậy, sự hiểu biết hiện tại về thiên hà dạng thấu kính vẫn đang được nghiên cứu. Khi các nhà thiên văn quan sát nhiều hơn các thiên hà này, dữ liệu bổ sung sẽ giúp giải quyết các câu hỏi về vị trí của chúng trong hệ thống phân cấp của các dạng thiên hà.
Những bài học chính:
- Các thiên hà dạng thấu kính là một hình dạng riêng biệt dường như nằm ở đâu đó giữa hình xoắn ốc và hình elip.
- Hầu hết các thiên hà dạng thấu kính có chỗ phình ra ở trung tâm và dường như có sự khác biệt về hành động quay của chúng so với các thiên hà khác.
- Các thiên hà dạng thấu kính có thể hình thành khi các thiên hà xoắn ốc hợp nhất. Hành động đó sẽ tạo thành các đĩa được thấy trong các thiên hà dạng thấu kính và cả những chỗ pình ra ở giữa.
Sources:
- “How to Make Lenticular Galaxies.” Nature News, Nature Publishing Group, 27 Aug. 2017, www.nature.com/articles/d41586-017-02855-1.
- Information@eso.org. “The Hubble Tuning Fork – Classification of Galaxies.” Www.spacetelescope.org, www.spacetelescope.org/images/heic9902o/.
- “Lenticular Galaxies and Their Environments.” The Astrophysical Journal, 2009, Vol 702, No. 2, http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0004-637X/702/2/1502/meta
John P. Millis, Ph.D, Carolyn Collins Petersen
