Có bao nhiêu thiên hà trong Vũ trụ? Câu trả lời cho câu hỏi này là rất khó. Nhiều nhà thiên văn học trong quá khứ đã cố gắng tìm hiểu có bao nhiêu thiên hà trong vũ trụ. Đếm chúng dường như là một nhiệm vụ bất khả thi. Khi hóa đơn lên đến hàng tỷ, phải mất một thời gian để cộng lại. Một vấn đề khác là số lượng công cụ của chúng tôi có hạn. Để có được hình ảnh tốt nhất, kính thiên văn phải có khẩu độ lớn (đường kính của gương hoặc thấu kính chính) và được đặt ở trên bầu khí quyển để tránh làm biến dạng không khí của Trái đất.
Trường Hubble
Có lẽ ví dụ gây tiếng vang lớn nhất về thực tế trên là Trường sâu cực sâu Hubble - một hình ảnh thu được bằng cách kết hợp các bức ảnh được chụp trong khoảng thời gian mười năm từ kính thiên văn cùng tên. Theo NASA, kính thiên văn này đã quan sát một vùng nhỏ trên bầu trời trong 50 ngày. Nếu bạn giữ ngón tay cái của mình ngang cánh tay để che mặt trăng, thì vực sâulề sẽ có kích thước bằng đầu ghim.
Bằng cách thu thập ánh sáng mờ trong nhiều giờ quan sát, kính thiên văn Hubble đã phát hiện ra hàng nghìn thiên hà, cả gần và rất xa, khiến hình ảnh chụp từ đó trở thành hình ảnh hoàn chỉnh nhất về vũ trụ. Vì vậy, ngay cả khi có hàng nghìn thiên hà trong điểm nhỏ này trên bầu trời, hãy tưởng tượng có bao nhiêu thiên hà khác có thể được tìm thấy ở những nơi khác trong vũ trụ.
Đánh giá của chuyên gia
Mặc dù các chuyên gia đánh giá khác nhau, nhưng câu trả lời cho những câu hỏi như "Có bao nhiêu thiên hà trong vũ trụ?" có thể được biểu thị bằng các con số thiên văn: từ 100 đến 200 tỷ. Khi Kính viễn vọng Không gian James Webb ra mắt vào năm 2020, NASA dự kiến sẽ tiết lộ nhiều thông tin hơn nữa về các thiên hà sơ khai trong vũ trụ.
Công nghệ thực sự làm nên điều kỳ diệu. Theo như các nhà thiên văn học hiện đại biết, kính thiên văn Hubble là công cụ tốt nhất để đếm và ước tính có bao nhiêu thiên hà được biết đến trong vũ trụ. Kính thiên văn được phóng vào năm 1990, ban đầu có sự biến dạng trên gương chính của nó, gương này đã được sửa lại trong chuyến thăm của tàu con thoi vào năm 1993. Hubble cũng đã trải qua một số lần nâng cấp và thực hiện nhiệm vụ cho đến nhiệm vụ cuối cùng của nó vào tháng 5 năm 2009. Có phải Vũ trụ là vô hạn, có bao nhiêu thiên hà, bao nhiêu hành tinh trong đó? Rõ ràng, chúng tôi vẫn chưa tìm hiểu được trong tương lai.
Ursa Major
Năm 1995, các nhà thiên văn học hướng kính viễn vọng vào khu vực dường như là một vùng trống của Ursa Major và thu thập được 10 ngày quan sát. TẠIKết quả là, khoảng 3000 thiên hà mờ nhạt được tìm thấy trong một khung hình, chúng trở nên mờ nhạt, giống như độ lớn 30. Để so sánh: sao Bắc Cực có độ lớn khoảng thứ hai. Thành phần này của hình ảnh được gọi là trường sâu Hubble và là trường xa nhất từng được nhìn thấy trong vũ trụ.
Khi kính viễn vọng nói trên của Mỹ được nâng cấp toàn diện, các nhà thiên văn đã lặp lại thí nghiệm hai lần. Vào năm 2003 và 2004, các nhà khoa học đã phát hiện ra khoảng 10.000 thiên hà trong một khu vực nhỏ trong chòm sao Fornax.
Vào năm 2012, một lần nữa với các thiết bị được nâng cấp, các nhà khoa học đã sử dụng kính thiên văn để xem xét một phần của trường cực sâu. Ngay cả trong trường nhìn hẹp hơn này, các nhà thiên văn học vẫn có thể phát hiện ra khoảng 5.500 thiên hà. Các nhà nghiên cứu đặt tên cho nó là "Vực sâu Cực".
Tỉ tỉ vô hình
Dù sử dụng công cụ nào thì phương pháp ước tính có bao nhiêu thiên hà trong vũ trụ đều giống nhau. Bạn chụp một phần bầu trời bằng kính thiên văn (trong trường hợp này là Hubble). Sau đó, sử dụng tỷ lệ của mảnh bầu trời với toàn bộ vũ trụ, bạn có thể xác định có bao nhiêu thiên hà trong vũ trụ.
Nguyên lý vũ trụ và thời đại của vũ trụ
Một ví dụ về nguyên lý vũ trụ trong nghiên cứu vũ trụ là phông vi sóng vũ trụ, bức xạ còn sót lại từ giai đoạn đầu của vũ trụ sau Vụ nổ lớn.
Đo sự giãn nở của vũ trụ thông qua việc quan sát các thiên hà đang di chuyển ra xatừ chúng tôi, cho thấy rằng nó khoảng 13,82 tỷ năm tuổi. Tuy nhiên, khi vũ trụ ngày càng lớn hơn, các thiên hà sẽ di chuyển ngày càng xa Trái đất. Điều này sẽ khiến chúng khó nhìn thấy hơn.
Vũ trụ đang giãn nở nhanh hơn tốc độ ánh sáng (điều này không vi phạm giới hạn tốc độ của Einstein, vì sự giãn nở là do bản thân vũ trụ, không phải do các vật thể di chuyển qua nó). Ngoài ra, vũ trụ đang tăng tốc trong quá trình giãn nở của nó.
Đây là nơi phát huy tác dụng của "vũ trụ quan sát được" - vũ trụ mà chúng ta có thể nhìn thấy. Theo nhiều chuyên gia, trong 1-2 nghìn tỷ năm nữa, điều này có nghĩa là sẽ có những thiên hà nằm ngoài không gian mà chúng ta có thể nhìn thấy từ Trái đất.
Thay đổi ánh sáng
Chúng ta chỉ có thể nhìn thấy ánh sáng từ các thiên hà đã có đủ thời gian để đến gần chúng ta - tức là đến đủ gần với Dải Ngân hà. Điều này không có nghĩa là những vật thể này là tất cả những gì có trong không gian. Do đó định nghĩa về "Vũ trụ có thể quan sát được".
Tương lai của Dải Ngân hà
Thiên hà cũng thay đổi theo thời gian. Dải Ngân hà đang trong quá trình va chạm với Thiên hà Tiên nữ gần đó, và cả hai sẽ hợp nhất trong khoảng 4 tỷ năm nữa. Sau đó, các thiên hà khác trong nhóm địa phương của chúng ta cuối cùng sẽ hợp nhất. Các nhà thiên văn học tin rằng cư dân của các thiên hà trong tương lai này sẽ quan sát một vũ trụ tối hơn.
Khi lần đầu tiênnền văn minh, họ không có bằng chứng về một vũ trụ với hàng trăm tỷ thiên hà. Do đó, con cháu của chúng ta sẽ không nhìn thấy sự giãn nở của vũ trụ. Họ có thể sẽ không nhận ra rằng Big Bang đã xảy ra.
Nếu chúng ta, những người bình thường, muốn biết có bao nhiêu thiên hà và hành tinh trong Vũ trụ, thì các nhà thiên văn học quan tâm nhiều hơn đến cách mà chính vũ trụ được hình thành. Theo NASA, các thiên hà cung cấp cái nhìn sâu sắc về cách vật chất được tổ chức trong vũ trụ - ít nhất là trên quy mô lớn. Các nhà khoa học cũng quan tâm đến các loại hạt và cơ học lượng tử ở khía cạnh nhỏ của quang phổ quan sát được.
Thiên hà sớm
Bằng cách nghiên cứu một số thiên hà sớm nhất và so sánh chúng với ngày nay, chúng ta có thể hiểu được sự tăng trưởng và phát triển của chúng. Một kính viễn vọng tiên tiến có tên là Webb sẽ cho phép các nhà khoa học thu thập dữ liệu về các loại sao tồn tại trong các thiên hà đầu tiên. Các quan sát tiếp theo sử dụng quang phổ của hàng trăm hoặc hàng nghìn thiên hà sẽ giúp các nhà nghiên cứu hiểu cách các nguyên tố nặng hơn hydro hình thành và tích lũy như các cụm sao hình thành qua nhiều thế kỷ. Những nghiên cứu này cũng sẽ tiết lộ chi tiết về sự hợp nhất của họ và làm sáng tỏ nhiều quy trình khác.
Vật chất tối
Các nhà khoa học cũng quan tâm đến vai trò của vật chất tối trong việc hình thành các thiên hà. Đây là một câu hỏi rất tò mò. Trong khi một phần của vũ trụ có thể nhìn thấy được trong các vật thể như thiên hà hoặc các ngôi sao, thì vật chất tối làthứ tạo nên phần lớn vũ trụ hoàn toàn không nhìn thấy được. Có bao nhiêu thiên hà trong vũ trụ? Số lượng những vật thể này không được biết hoàn toàn, nhưng chắc chắn là hơn một trăm tỷ.
Kết
Khi bạn nhìn bầu trời đêm qua tấm màn của các vì sao và mặt phẳng của Dải Ngân hà, bạn không khỏi cảm thấy mình nhỏ bé trước vực thẳm lớn của vũ trụ nằm ngoài tầm nhìn vững chắc. Mặc dù hầu như tất cả chúng đều không thể nhìn thấy đối với mắt chúng ta, nhưng vũ trụ có thể quan sát được, trải dài hàng chục tỷ năm ánh sáng theo mọi hướng, chứa một số lượng lớn các thiên hà.
Số lượng các cụm sao đã biết đã tăng lên cùng với sự phát triển của công nghệ kính thiên văn - từ hàng nghìn lên hàng triệu, từ hàng tỷ đến nghìn tỷ. Nếu chúng ta thực hiện một phân tích đơn giản nhất bằng công nghệ tốt nhất hiện nay, chúng ta sẽ nói rằng có 170 tỷ thiên hà trong vũ trụ của chúng ta. Nhưng chúng tôi sẽ khám phá ra nhiều vật thể hơn nữa, vì người ta đã tin rằng thực sự có không dưới hai nghìn tỷ trong số chúng.
Một ngày nào đó chúng ta sẽ đếm tất cả. Chúng tôi sẽ hướng kính thiên văn của mình lên bầu trời, thu thập mọi photon do các ngôi sao phát ra và phát hiện mọi vật thể vũ trụ, bất kể ánh sáng của nó mờ nhạt đến mức nào.
Nhưng nó sẽ không hoạt động trong thực tế. Kính thiên văn của chúng tôi có kích thước hạn chế, do đó hạn chế số lượng photon mà chúng có thể thu thập. Có một mối quan hệ giữa mức độ mờ nhạt của một vật thể mà bạn có thể nhìn thấy và mức độ bạn có thể "che phủ" bầu trời bằng một dụng cụ quang học. Một phần nào đó của vũ trụbị che khuất do vật chất tối bên trong nó. Vật thể càng ở xa, vật thể đó càng xuất hiện càng mờ.
Vì vậy, chúng ta chỉ có thể nhìn vào phần được chiếu sáng của vũ trụ, không nhìn vào vật chất tối, các ngôi sao hay thiên hà. Các nhà khoa học đã thu thập dữ liệu về hàng trăm vật thể không gian mờ ảo, xa xôi. Họ vẫn đang hy vọng tìm ra những thế giới xa xôi thực sự trông như thế nào. Và chúng tôi chỉ là những người quan sát cũng hy vọng nhiều như họ.
