Thiên hà Tam Giác: ánh sáng bay 3 triệu năm mới tới mắt bạn

Ánh sáng trong tấm ảnh này đã rời khỏi quê nhà của nó từ ba triệu năm trước. Lúc nó khởi hành, trên Trái Đất còn chưa có con người như chúng ta bây giờ. Nó bay suốt quãng thời gian dài đến thế, rồi mới rơi vào ống kính một chiếc kính viễn vọng và thành tấm ảnh bạn đang xem. Vậy câu hỏi khó đây: ngay lúc này, chỗ đó có còn giống như trong ảnh không?

Một tấm ảnh chụp trọn một thiên hà

Tấm ảnh chụp Messier 33, thường gọi tắt là M33. Đó là một thiên hà xoắn ốc (spiral galaxy), nghĩa là một thành phố sao khổng lồ có những nhánh sáng cuộn quanh tâm giống hình chong chóng. Người ta gọi nó bằng hai tên: Thiên hà Chong Chóng (Pinwheel Galaxy) và Thiên hà Tam Giác (Triangulum Galaxy). Tên thứ hai đến từ chỗ nó nằm: chòm sao Tam Giác (Triangulum), một chòm nhỏ ở vùng trời phía bắc.

May cho chúng ta, M33 nằm gần như nhìn chính diện. Nó không nghiêng đi, không lật ngang, mà xoè ra trước mắt như một cái đĩa đặt trên bàn. Nhờ vậy tấm ảnh cho thấy rất rõ từng chi tiết.

Có hai màu nổi lên trong ảnh. Màu xanh là các cụm sao, tức là những đám sao tụ lại thành nhóm. Màu hồng là các vùng hình thành sao (star forming region), chỗ những ngôi sao mới đang được sinh ra từ mây khí. Cả hai màu ấy rải dọc theo các nhánh xoắn, mà các nhánh của M33 thì quấn khá lỏng, thưa và thoáng chứ không bó chặt.

Vùng hình thành sao sáng nhất của M33 tên là NGC 604. Nó rộng đến mức trông như một cái hang khổng lồ trong biển khí. Muốn tìm nó trong ảnh thì làm thế này: coi tâm thiên hà là tâm một mặt đồng hồ, rồi nhìn về hướng 5 giờ. NGC 604 nằm ở đó.

Đem vũ trụ về một sân bóng

Ba con số về M33 nghe qua thì rất oai mà chẳng gợi ra hình gì. Đường kính của nó hơn 50.000 năm ánh sáng. Nó cách Ngân Hà của chúng ta khoảng 3 triệu năm ánh sáng. Và nó lớn thứ ba trong Nhóm Địa Phương (Local Group), tức là cái khu phố gồm các thiên hà ở gần nhau mà Ngân Hà là một thành viên. Chỉ có hai thiên hà lớn hơn nó trong khu phố ấy: thiên hà Tiên Nữ, tức Andromeda hay M31, và chính Ngân Hà.

Trước hết phải nói rõ một chữ dễ hiểu nhầm. Năm ánh sáng (light year) nghe như một khoảng thời gian, nhưng nó là một khoảng đường: đúng bằng đoạn đường ánh sáng đi hết trong một năm.

Giờ thu nhỏ mọi thứ lại. Giả sử Ngân Hà là một sân bóng dài 100 mét. Theo tỉ lệ đó, M33 chỉ bằng nửa sân, tức khoảng 50 mét, vẫn là một sân chơi ra sân chơi. Còn khoảng cách giữa hai thiên hà thì thành 3 ki lô mét, cỡ bốn mươi phút đi bộ. Nhớ kỹ: hai sân bóng cách nhau bốn mươi phút đi bộ. Trong vũ trụ, thế đã được coi là láng giềng sát vách.

Muốn thấm hơn nữa thì so với ánh sáng. Ánh sáng là thứ nhanh nhất mà chúng ta biết. Chặng từ Hà Nội vào Sài Gòn, máy bay mất hơn hai tiếng, còn ánh sáng đi hết trong chưa tới một phần trăm giây, nhanh hơn cả cái nháy mắt. Chính cái thứ nhanh khủng khiếp đó, đi từ M33 về tới mắt bạn, phải mất 3 triệu năm.

Nên câu trả lời cho câu hỏi ở đầu bài là: tấm ảnh không cho bạn xem M33 hôm nay. Nó cho bạn xem M33 của ba triệu năm trước. Không ai trên Trái Đất có cách nào xem được M33 hôm nay.

Những ngôi sao dùng được như cái thước

M33 không chỉ đẹp. Nó còn hữu dụng, và lý do nằm ở một loại sao đặc biệt.

Trong M33 có nhiều sao biến quang (variable star), là những ngôi sao không sáng đều một mực mà sáng lên rồi mờ đi, cứ thế lặp lại. Điều quý là nhịp sáng mờ ấy rất đều, giống nhịp một cái máy đếm. Các nhà thiên văn đã đo đạc kỹ những ngôi sao này trong M33, và từ nhịp của chúng, người ta suy ra được khoảng cách.

Có một cách nghĩ cho dễ hiểu. Bạn biết một bóng đèn thật ra sáng bao nhiêu. Nhìn thấy nó mờ tí xíu, bạn đoán được nó ở xa. Nhìn thấy nó chói, bạn biết nó ở gần. Các sao biến quang cho phép làm đúng chuyện đó ở quy mô vũ trụ. Vì vậy M33 và cả M31 trở thành một thứ thước đo trời, giúp con người dựng nên thang khoảng cách của Vũ trụ, tức là biết các thiên hà xa gần thế nào.

Còn một ý thú vị nữa, mà chỗ này cần nói cho đúng. Các nhà thiên văn cho rằng M33 là một thiên hà vệ tinh (satellite galaxy) của Tiên Nữ, nghĩa là nó đi kèm bên cạnh người láng giềng lớn hơn. Đây là một giả thuyết, tức một cách giải thích đang được tin, chưa phải điều đã chốt hẳn. Nếu đúng như vậy thì hai thiên hà ấy ở khá gần nhau, và người ta nghĩ rằng ai đứng ở bên này ngắm sang bên kia hẳn sẽ thấy một hệ sao xoắn ốc cực kỳ hoành tráng. Ý đó chỉ là một hình dung cho vui, không phải điều ai đã quan sát được.

Nghĩ tiếp và thử ở nhà

Đây là câu hỏi để bạn nhấm nháp. Giả sử ở M33 đang có ai đó hướng kính viễn vọng về phía chúng ta. Họ sẽ không thấy Ngân Hà hôm nay. Họ thấy Ngân Hà của ba triệu năm trước, khi chưa có ai trong chúng ta. Vậy chữ "bây giờ" của họ và chữ "bây giờ" của bạn có cùng một nghĩa không?

Và đây là việc làm thử được. Ra sân trường hay một đoạn đường bạn đi quen, đếm bước để đánh dấu 100 mét, rồi gọi đoạn đó là Ngân Hà. Sau đó ước lấy 3 ki lô mét, cỡ một quãng bạn đi bộ mất bốn mươi phút, để thấy khoảng cách tới M33 trong mô hình ấy dài ra sao. Rồi chờ một đêm trời trong, tìm chòm sao Tam Giác ở gần chòm Tiên Nữ. Bạn sẽ không thấy M33 bằng mắt thường, nhưng bạn biết chính xác mình đang nhìn về đâu. Ánh sáng đang bay tới từ hướng đó, và nó đã đi ba triệu năm.

Lưu ý

Bài viết dựa trên tin khoa học đã công bố, viết lại cho bạn đọc nhỏ tuổi. Có chỗ nào con muốn tìm hiểu thêm thì rủ bố mẹ đọc cùng nhé.