Các nhà thiên văn đã biết về sự tồn tại của các thiên hà khác vào đầu thế kỷ 20. Mặc dù thực tế là thiên hà đầu tiên được phát hiện đã được các nhà khoa học biết đến, nhưng lúc đầu chúng được gọi là tinh vân, do chúng thuộc về thiên hà của chúng ta - Dải Ngân hà. Các nhà khoa học đã suy đoán rằng những tinh vân này có thể đại diện cho các hệ sao riêng biệt. Tuy nhiên, những giả thuyết như vậy đã không đứng vững trước sự xem xét kỹ lưỡng từ giới khoa học. Điều này là do sự không hoàn hảo của kỹ thuật quan sát.
Khám phá thiên hà
Năm 1922, nhà thiên văn học người Estonia Ernst Epik đã có thể tính toán khoảng cách gần đúng ngăn cách hệ mặt trời với Tinh vân Tiên nữ. Dữ liệu mà nhà thiên văn học nhận được là 0,6 con số mà các nhà khoa học hiện có - và đây là một phép tính thậm chí còn chính xác hơn của E. Hubble. Chính Edwin Hubble vào năm 1924 đã sử dụng kính thiên văn lớn nhất lúc bấy giờ. Đường kính của nó là 254 cm. Hubble cũng đã tính toán khoảng cách tới Andromeda. Giờ đây, các nhà khoa học có dữ liệu chính xác hơn, nhỏ hơn ba lần so với dữ liệu do Hubble tạo ra - nhưng khoảng cách này vẫn lớn đến mức tinh vân không thể là một phần của thiên hà chúng ta. Vì vậy, Tinh vân Tiên nữ đã trở thành thiên hà riêng biệt đầu tiên.
Cụm thiên hà
Giống như các ngôi sao, các thiên hà tạo thành các nhóm có kích thước khác nhau. Hơn nữa, tính chất này được thể hiện trong chúng ở mức độ lớn hơn nhiều so với các ngôi sao. Hầu hết các ngôi sao không phải là một phần của cụm sao, là một phần của trường chung của thiên hà chúng ta. Nhóm thiên hà bao gồm Milky Way (thiên hà địa phương) có 40 thiên hà. Nhóm này rất phổ biến trong vũ trụ.
Nhóm thiên hà có sẵn để quan sát
Phần đã biết của cụm thiên hà được gọi là "Metagalaxy" - nó có thể được quan sát bằng các phương pháp thiên văn. Thành phần của Metagalaxy bao gồm khoảng một tỷ thiên hà, việc quan sát trong số đó có thể thực hiện được với sự trợ giúp của kính thiên văn. Dải Ngân hà là một trong những hệ thống sao nằm trong Metagalaxy. Thiên hà của chúng ta và khoảng 1,5 chục thiên hà khác là một phần của nhóm thiên hà được gọi là nhóm thiên hà cục bộ.
Cơ hội khám phá Metagalaxy chủ yếu xuất hiện vào cuối thế kỷ 20. Các nhà thiên văn học đã phát hiện ra rằng trong không gian giữa các thiên hà có bức xạ vũ trụ và điện từ, các ngôi sao riêng lẻ, cũng như khí giữa các thiên hà. Nhờ những tiến bộ khoa học, người ta có thể nghiên cứu các thiên hà thuộc nhiều dạng khác nhau - chuẩn tinh, thiên hà vô tuyến.
Thuộc tính của Metagalaxy
Đôi khi các nhà thiên văn học gọi Metagalaxy là "Vũ trụ Lớn". Với sự cải tiến của công nghệ và kính thiên văn, ngày càng có nhiều kính thiên văn hơn để quan sát. Các nhà thiên văn học nghĩrằng Dải Ngân hà và 10-15 thiên hà tiếp theo là thành viên của cùng một cụm thiên hà. Trong Metagalaxy, các cụm thiên hà rất phổ biến, số lượng từ 10 đến vài chục thành viên. Các nhóm như vậy rất khó phân biệt bởi các nhà thiên văn học ở khoảng cách lớn. Lý do là các thiên hà lùn không thể nhìn thấy được và thường chỉ có một số thiên hà khổng lồ trong các nhóm như vậy.
Theo thuyết tương đối của Einstein, khối lượng lớn có thể bẻ cong không gian xung quanh chúng. Do đó, các quy định của hình học Euclid trong không gian này là không hợp lý. Chỉ trên quy mô rộng lớn của Metagalaxy, người ta mới có thể thấy được sự khác biệt giữa hai cách tiếp cận khoa học - cơ học Newton và cơ học Einstein. Cái gọi là luật dịch chuyển đỏ cũng hoạt động trong Metagalaxy. Điều này có nghĩa là tất cả các thiên hà xung quanh chúng ta đang lùi dần theo các hướng khác nhau. Hơn nữa, chúng càng di chuyển ra xa, tốc độ của chúng càng trở nên lớn hơn.
Các loại thiên hà theo hình dạng
Cụm thiên hà có thể mở hoặc hình cầu. Chúng có thể bao gồm hàng chục, thậm chí hàng nghìn thiên hà khác nhau. Thiên hà gần chúng ta nhất nằm trong chòm sao Xử Nữ và cách chúng ta 10 triệu parsec. Các đám thiên hà, được gọi là đều đặn, có dạng hình cầu. Các thiên hà tạo nên chúng có xu hướng tập trung tại một điểm - trung tâm của cụm thiên hà. Các cụm thông thường đã có mật độ caocác thiên hà, nhưng ở trung tâm của chúng, nồng độ đạt cực đại. Tuy nhiên, các cụm thông thường cũng có sự khác biệt, biểu hiện chủ yếu ở mật độ của chúng và số lượng khác nhau của các thiên hà cấu thành của chúng.
Những thiên hà có mật độ cao nhất
Ví dụ, nhóm thiên hà Coma of Veronica được phân biệt bởi một số lượng lớn các thành phần, và các thiên hà tạo nên Pegasus thì dày đặc. Nó đặc biệt cao ở khu vực miền trung của Pegasus. Ở đây mật độ lên tới 2 nghìn thiên hà trên 1 megaparsec khối. Các thiên hà lân cận thực tế tiếp xúc với nhau và mật độ của chúng cao hơn gần 40 nghìn lần so với mật độ trong Metagalaxy. Ngoài ra, mật độ cao là đặc điểm của các nhóm thiên hà ở Bắc Corona.
Các thiên hà đến từ đâu?
Cho đến nay, các nhà khoa học vẫn chưa thể đưa ra câu trả lời chính xác cho câu hỏi này. Tuy nhiên, theo thuyết Vụ nổ lớn, vũ trụ trẻ chứa đầy hydro và heli. Từ đám mây dày này, dưới tác động của vật chất tối (và sau đó là lực hấp dẫn), các ngôi sao và cụm sao đầu tiên bắt đầu hình thành.
Những ngôi sao đầu tiên xuất hiện trong vũ trụ khi nào?
Theo một số nhà thiên văn học, các ngôi sao xuất hiện khá sớm - sớm nhất là 30 triệu năm sau vụ nổ Big Bang. Những người khác tin rằng con số này là 100 triệu năm. Các nghiên cứu sử dụng công nghệ hiện đại cho thấy rằng các ánh sáng được hình thành đồng thời thành nhiều mảnh - con số này thường lên tới hàng trăm. Điều này được tạo điều kiện thuận lợi bởi các lực hấp dẫn ảnh hưởng đến khí tràn đầy Vũ trụ. Các đám mây khí xoáy thành đĩa, và dày đặc dần dần hình thành trong chúng, sau đó trở thành các ngôi sao. Trong thời kỳ sơ khai của Vũ trụ, những ngôi sao đầu tiên thực sự khổng lồ, bởi vì chúng có rất nhiều "vật liệu xây dựng" cho chúng.
Cụm thiên hà lớn nhất được các nhà thiên văn phát hiện được gọi là SPT-CL J0546-5345. Khối lượng của nó gần bằng khối lượng của 800 nghìn tỷ mặt trời. Các nhà khoa học có thể phát hiện ra một thiên hà khổng lồ bằng cách sử dụng hiệu ứng thiên văn Sunyaev-Zeldovich - nó nằm ở chỗ nhiệt độ của bức xạ vi sóng giảm xuống khi nó tương tác với các vật thể khổng lồ trong Vũ trụ. Cụm sao này cách chúng ta 7 tỷ năm ánh sáng. Nói cách khác, các nhà thiên văn quan sát nó giống như cách đây 7 tỷ năm - và đây là 6,7 tỷ năm sau vụ nổ Big Bang.
Trong phạm vi mở rộng xa của Vũ trụ, một cụm thiên hà khác được phát hiện, tạo thành một hệ thống không gian riêng biệt - ACT-CL J0102-4915. Các nhà thiên văn đã đặt biệt danh cho nhóm thiên hà khổng lồ này là El Gordo, có nghĩa là "béo" trong tiếng Tây Ban Nha. Khoảng cách của nó tới Trái đất là 9,7 tỷ năm ánh sáng. Khối lượng của nhóm thiên hà này vượt quá khối lượng của Mặt trời ở mức 3 triệu tỷ.
Tóc của Veronica
Cụm thiên hà là một trong những nhóm thiên hà thú vị nhất trong Metagalaxy. Nó chứa khoảng vài nghìn thiên hà. Chúng nằm cách Dải Ngân hà vài trăm triệu năm ánh sáng. Số đôngcác thiên hà có hình elip. Tóc của Veronica không được phân biệt bởi các ngôi sao sáng - ngay cả alpha, được gọi là Tiara, cũng nhỏ. Trong chòm sao này, người ta có thể quan sát thấy một cụm sao sáng mờ "Coma", trong tiếng Latinh có nghĩa là "tóc". Học giả Hy Lạp cổ đại Eratosthenes gọi cụm này là "Tóc của Ariadne". Ptolemy quy nó là cụm sao Leo.
Một trong những thiên hà đẹp nhất trong chòm sao là NGC 4565, hay còn gọi là Kim. Từ bề mặt hành tinh của chúng ta, nó có thể nhìn thấy rõ. Nó nằm cách Mặt trời 30 triệu năm ánh sáng. Và đường kính của thiên hà là hơn 100 nghìn năm ánh sáng. Ngoài ra còn có hai thiên hà tương tác trong Hair of Veronica - NGC 4676, hay nhóm này còn được gọi là "Chuột". Chúng bị tách khỏi Trái đất ở khoảng cách 300 triệu năm ánh sáng. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng một khi các thiên hà này đã đi qua nhau. Các nhà khoa học cho rằng "Chuột" sẽ va chạm nhiều hơn một lần, cho đến khi chúng biến thành một thiên hà.
