Quan sát dải Ngân Hà - Phần 1 : Sagittarius và Scorpius

Những nhà thiên văn chuyên nghiệp cũng gặp rắc rối như những nhà thiên văn nghiệp dư trong việc xác định cấu trúc cụ thể của dải Ngân Hà. Có nhiều ý kiến sơ bộ về Ngân Hà được đưa ra trong nhiều thập kỷ qua và vẫn còn đang nằm trong vòng tranh luận.

Dải Ngân Hà trên bầu trời dãy núi Alps thuộc Tyrol, miền tây nước Áo. Bạn có thể nhấn vào đây để xem các ngôi sao và thiên thể nổi bật trong hình ảnh này. Tác giả : Babak Tafreshi.
Dải Ngân Hà trên bầu trời dãy núi Alps thuộc Tyrol, miền tây nước Áo. Bạn có thể nhấn vào đây để xem các ngôi sao và thiên thể nổi bật trong hình ảnh này. Tác giả : Babak Tafreshi.

   NHỮNG THÔNG TIN CƠ BẢN     

Dải Ngân Hà của chúng ta có dạng hình xoắn ốc và phần trung tâm phình to ra tương đối nhỏ. Độ rộng của đĩa Ngân Hà là vào khoảng 100.000 năm ánh sáng, và hệ Mặt Trời của chúng ta ở cách tâm Ngân Hà với khoảng cách từ 26.000 đến 29.000 năm ánh sáng. Các cánh tay của dải Ngân Hà không dài quá 1500 năm ánh sáng và nó nằm trong một khu vực sao dày đặc rộng từ 3000 đến 4000 năm ánh sáng. Phần trung tâm của dải Ngân Hà phình to ra là một cái gì đó có dạng hình cầu dẹt với đường kính vào khoảng 8000 năm ánh sáng tại cực và tại nơi rộng nhất là 10.000 năm ánh sáng. Mật độ các ngôi sao giảm dần từ phần tâm ra ngoài rìa Ngân Hà.

Dải Ngân Hà của chúng ta có kích cỡ, độ sáng và khối lượng ở mức trung bình. Ngân Hà của chúng ta nhỏ hơn Thiên hà Andromeda (M31) và lớn hơn Thiên hà Triangulum (M33) cùng với nhiều thiên hà khác trong Cụm Thiên hà Địa phương.

Dải Ngân Hà chứa khoảng hơn 100 tỷ ngôi sao và dưới 1000 tỷ ngôi sao, hầu hết đều là những ngôi sao nhẹ và ít sáng hơn Mặt Trời của chúng ta. Tổng độ sáng của Ngân Hà là gấp khoảng 15 tỷ lần độ sáng của Mặt Trời và có độ sáng biểu kiến là -20,5 trên bầu trời đêm.

Mặc dù những ngôi sao là phần chủ yếu góp nên độ sáng cho Ngân Hà, nhưng khối lượng của chúng chỉ chiếm rất nhỏ trong tổng khối lượng của Ngân Hà. Những ngôi sao được cấu tạo chủ yếu từ khí hydro và heli cùng những vật chất khác, nên nó chỉ chiếm khoảng 1% khối lượng Ngân Hà, nhưng nó có ảnh hưởng lớn đến dải Ngân Hà và việc quan sát của chúng ta, vì ánh sáng từ những ngôi sao có thể hiển thị trên hầu hết những bước sóng nên sẽ hạn chế những thiên thể khác nằm gần chúng.

Đây là hình ảnh về thiên hà NGC 4565, đây là lý do tại sao rất khó để phân biệt được những cấu trúc của Ngân Hà. Thiên hà này và Ngân hà của chúng ta khi quan sát sẽ như thế này, cạnh và những cánh tay của nó nằm chồng lên nhau và phần bên trong thì bị phần bên ngoài che mất, cùng với bụi làm mờ đi phần trung tâm. Credit : ESO.
Đây là hình ảnh về thiên hà NGC 4565, đây là lý do tại sao rất khó để phân biệt được những cấu trúc của Ngân Hà. Thiên hà này và Ngân hà của chúng ta khi quan sát sẽ như thế này, cạnh và những cánh tay của nó nằm chồng lên nhau và phần bên trong thì bị phần bên ngoài che mất, cùng với bụi làm mờ đi phần trung tâm. Credit : ESO.

Và đây là thiên hà xoắn ốc M38 gần tương tự như dải Ngân Hà. Khi nhìn từ trên bạn cũng khó có thể phân biệt dễ dàng cấu trúc cụ thể của nó. Credit : ESO
Và đây là thiên hà xoắn ốc M38 gần tương tự như dải Ngân Hà. Khi nhìn từ trên bạn cũng khó có thể phân biệt dễ dàng cấu trúc cụ thể của nó. Credit : ESO

   TRUNG TÂM CỦA NGÂN HÀ     

Các nhà thiên văn học cho rằng phần trung tâm của dải Ngân Hà nằm ở khu vực chòm sao Sagittarius (Nhân Mã), Scorpius (Thiên Hạt), và Ophiuchus (Xà Phu), đây là phần sáng nhất và rộng nhất của Ngân Hà khi quan sát trên bầu trời đêm, nơi đây phân bố rất nhiều những cụm sao. Có đến 29 cụm sao là thiên thể Messier nằm ở khu vực này, trong đó 7 cụm thuộc chòm sao Sagittarius, 3 cụm thuộc chòm sao Scorpius và 6 cụm thuộc chòm sao Ophiuchus.

Khi quan sát bằng những chiếc kính viễn vọng vào tọa độ xích kinh 17 giờ 45,7 phút và xích vĩ -29°00' (xem tọa độ), khu vực này cách ngôi sao Gamma (γ) Sagittarii khoảng 5 độ về hướng tây bắc, các nhà khoa học cho rằng có một hố đen siêu lớn ở trung tâm Ngân Hà.

Phần nhân Ngân Hà (khu vực xung quanh tâm Ngân Hà) chỉ có thể được nghiên cứu qua sóng vô tuyến và bước sóng hồng ngoại vì có rất nhiều bụi ở khu vực này, bụi làm cản trở tầm nhìn khi quan sát ở những bước sóng ngắn.

   PHẦN PHÌNH RA CỦA NGÂN HÀ TRÊN BẦU TRỜI     

Mặc dù khí bụi dầy đặc nhưng chúng ta vẫn có thể thấy được 4 lớp cấu trúc của Ngân Hà khi nhìn về chòm sao Sagittarius (Nhân Mã) và Scorpius (Thiên Hạt).

Nhiếp ảnh gia bậc thầy Akira Fujii cho chúng ta thấy dải Ngân Hà xuất hiện trên bầu trời bắc bán cầu. Đường thẳng màu trắng đứt quãng là mặt phẳng của Ngân Hà, hình elip là phần phình ra bí ẩn mà nếu không có khí bụi thì chúng ta sẽ khám phá bên trong nó dễ dàng, nơi này trải rộng với chiều rộng và chiều dài lần lượt là 8.000 và 10.000 năm ánh sáng với khoảng cách 27.000 năm ánh sáng từ chúng ta.
Nhiếp ảnh gia bậc thầy Akira Fujii cho chúng ta thấy dải Ngân Hà xuất hiện trên bầu trời bắc bán cầu. Đường thẳng màu trắng đứt quãng là mặt phẳng của Ngân Hà, hình elip là phần phình ra bí ẩn mà nếu không có khí bụi thì chúng ta sẽ khám phá bên trong nó dễ dàng, nơi này trải rộng với chiều rộng và chiều dài lần lượt là 8.000 và 10.000 năm ánh sáng với khoảng cách 27.000 năm ánh sáng từ chúng ta.

Đám mây sao Nhân Mã lớn (the Great Sagittarius Star Cloud) là cấu trúc trong cùng của Ngân Hà, nó có thể quan sát được qua những bước sóng ngắn và nó là cấu trúc Ngân Hà xa nhất mà mắt người có thể nhìn thấy được. Nó trải dài vài độ về phía bắc từ hai ngôi sao Gamma và Delta (δ) Sagittarii.

Phần phình ra này có nhiều khí bụi nên nó là nơi các ngôi sao được hình thành, khác với phần cánh tay bên ngoài của Ngân Hà chứa những ngôi sao già, mờ và có màu xanh sáng. Những ngôi sao sáng nhất trong phần phình ra này là những ngôi sao loại K màu vàng cam khổng lồ, vì thế màu sắc chung của khu vực này là màu vàng cam nhạt.

Cánh tay Sagittarius-Carina của Ngân Hà chúng ta là một khu vực hình thành sao rất năng động. Một trong những thiên thể sáng nhất ở nơi đây là Messier 16 - Tinh vân Đại Bàng. Credit : T. A. Rector & B. A. Wolpa, NOAO, AURA, NSF.
Cánh tay Sagittarius-Carina của Ngân Hà chúng ta là một khu vực hình thành sao rất năng động. Một trong những thiên thể sáng nhất ở nơi đây là Messier 16 - Tinh vân Đại Bàng. Credit : T. A. Rector & B. A. Wolpa, NOAO, AURA, NSF.

   CÁNH TAY NORMA     

Một cái nhìn khác về những đám bụi khí ở tâm Ngân Hà còn cho chúng ta thấy cấu trúc thiên hà xa thứ hai mà ta có thể nhìn thấy trong chòm sao Nhân Mã, đó là Đám mây sao Nhân Mã nhỏ (the Small Sagittarius Star Cloud) - hay còn gọi với cái tên Messier 24. Đó là một khoảng sáng hình chữ nhật kéo dài từ hướng đông bắc sang tây nam với chiều dài khoảng 2 và 3/4° cách 2° từ hướng đông bắc so với ngôi sao Mu (μ) Sagittarii. Khi quan sát qua ống nhòm, nó không sáng như Đám mây sao Nhân Mã lớn nhưng nó vẫn rải rác vài ngôi sao có độ sáng biểu kiến từ 7 cho đến 10. Ước tính khoảng cách từ chúng ta đến M24 là 10.000 đến 16.000 năm ánh sáng.

M24 có lẽ là một phần của cánh tay Norma - cánh tay xoắn ốc thứ hai từ cánh tay Orion-Cygnus của chúng ta. Một vài nhà nghiên cứu gọi cánh tay này là cánh tay Scutum-Centaurus và dùng từ cánh tay Norma để chỉ một cánh tay nhỏ hơn nằm gần trung tâm Ngân Hà.

Hình minh họa các cánh tay của Ngân Hà. Đồ họa bởi NASA/JPL-Caltech/R. Hurt.

Đám mây sao Norma sáng nằm xa về phía nam của dải Ngân Hà và đám mây sao Scutum thì nằm về phía bắc của chòm sao Nhân Mã - cũng có thể nằm trong cánh tay Norma. Các cánh tay này sẽ được tìm hiểu kỹ hơn trong những bài viết sắp tới.

   CÁNH TAY SAGITTARIUS-CARINA     

Di chuyển từ cánh tay Norma ra phía của hệ Mặt Trời, bạn sẽ gặp một cánh tay kế tiếp đó là cánh tay Sagittarius-Carina. Nó được đặt tên như vậy là vì có nhiều tinh vân và cụm sao sáng nằm rải rác ở từ chòm sao Sagittarius (Nhân Mã) đến chòm sao Carina (Thuyền Để). Từ hướng đông bắc đến hướng tây nam có sự xuất hiện của Tinh vân Đại Bàng - M16 trong chòm sao Serpens (Cự Xà); Tinh vân Omega - M17, Tinh vân Chẻ Ba - M20, Tinh vân Lagoon - M8 và cụm sao mở M21 trong chòm sao Nhân Mã; cụm sao mở NGC 6231 trong chòm sao Thiên Hạt; cụm sao mở và tinh vân phát xạ NGC 6193NGC 6188 trong chòm sao Ara (Thiên Đàn); cụm sao mở NGC 4755 (Jewel Box) trong chòm sao Crux (Thập Tự phương Nam); và tinh vân phát xạ khổng lồ NGC 3372 - được biết đến như là Tinh vân Eta Carinae. Tất cả những tinh vân phát xạ đều chứa những cụm sao bên trong và/hoặc nhóm các ngôi sao trẻ.

Nếu bạn sống ở Hoa Kỳ hay ở những quốc gia có vĩ độ cao về phía bắc thì bạn sẽ khó quan sát được cụm sao NGC 6231 trong khu vực đuôi của con bò cạp Scorpius - nó là phần đánh dấu quan trọng của cánh tay Sagittarius-Carina - rất đáng để quan sát qua ống nhòm. NGC 6231 là một cụm sao đặc biệt, nó là một trong những cụm sao có mật độ dày đặc sao khổng lồ loại O cực kỳ nóng và sáng từng được biết đến trong dải Ngân Hà. Một thành viên ở xa trung tâm cụm sao này là ngôi sao Zeta (ζ) Scorpii có độ sáng biểu kiến là 4,8 - cách tâm cụm sao ½° về hướng nam. Zeta là một sao siêu khổng lồ với độ sáng tuyệt đối là -8,8 (sáng gấp 300.000 lần so với Mặt Trời).

Cách 1° về hướng đông bắc của cụm sao NGC 6231 là một thiên thể thú vị để quan sát qua ống nhòm - cụm sao mở Collinder 316 hay Trumpler 24 với những ngôi sao có độ sáng biểu kiến từ 6 đến 9. Trong thực tế, cụm sao này là phần đông đúc nhất của khu vực Scorpius OB1 với những ngôi sao khổng lồ.

Những cụm sao và tinh vân trong cánh tay Sagittarius-Carina thuộc chòm sao Sagittarius và Scorpius cách chúng ta với khoảng cách từ 4500 đến 7000 năm ánh sáng, tức là phần trung tâm của cánh tay cách chúng ta khoảng 5500 năm ánh sáng.

Đi dọc theo cánh tay xa hơn về hướng đông bắc, M16 trong chòm sao Serpens (Cự Xà) ở xa hơn với khoảng cách khoảng 6500 năm ánh sáng. Đây là nơi cánh tay Sagittarius-Carina bắt đầu đánh vòng cung về phía bên trong của Ngân Hà. Phần bẻ cong vào của cánh tay là nơi của Đám mây sao Scutum - nơi mà cánh tay Sagittarius-Carina và cánh tay Norma giao nhau. Còn đi về hướng ngược lại - hướng tây nam đến cuối cánh tay Sagittarius-Carina, tinh vân Eta Carinae phức tạp cách chúng ta 8000 năm ánh sáng.

   CÁNH TAY ORION-CYGNUS    

Cấu trúc thứ tư của Ngân Hà mà chúng ta có thể nhìn thấy bằng mắt thường đó là cánh tay Orion-Cygnus. Cạnh bên trong của nó được đánh dấu bằng chuỗi đám mây bụi lớn từ đông bắc sao Deneb đến tây nam của ngôi sao Alpha Centauri.

Cạnh bên trong của cánh tay Orion-Cygnus cũng bao gồm Quần thể sao Scorpius-Centaurus (the Scorpius-Centaurus Association), trong đó có những ngôi sao sáng thuộc chòm sao Scorpius (Thiên Hạt) ở hướng đông bắc cho đến chòm sao Lupus (Sài Lang) và Centaurus (Nhân Mã) và Crux (Thập Tự phương Nam) ở hướng tây nam. Quần thể sao này tập trung ở khoảng cách 550 năm ánh sáng giữa ngôi sao Alpha (α) Lupi và Zeta Centauri, nó trải dài 700 năm ánh sáng, cao 250 năm ánh sáng và sâu 400 năm ánh sáng. Trừ ngôi sao khổng lồ đỏ Antares loại M, thì tất cả những sao sáng trong quần thể sao này đều là sao khổng lồ loại B0, B1 và B2 có màu xanh trắng. Khi quan sát qua ống nhòm, màu cam của sao Antares và màu xanh trắng của ngôi sao Sigma (σ) Scorpii với Tau (τ) Scorpii tạo nên một sự tương phản đẹp mắt, ba ngôi sao này đều lọt vừa vào tầm nhìn của chiếc ống nhòm.

Khi quan sát qua ống nhòm bạn cũng có thể thấy cụm sao cầu M4 với độ sáng biểu kiến là 5,7 cách 1,3° về hướng tây so với ngôi sao Antares. M4 là một trong hai hoặc ba cụm sao cầu gần với chúng ta nhất với khoảng cách khoảng 7200 năm ánh sáng - đây là khoảng cách tương tự như của cánh tay Sagittarius-Carina - nhưng cụm sao này quá già để có thể đánh dấu cánh tay xoắn ốc kia. Cánh tay xoắn ốc có thể biến mất hay thay đổi nhanh chóng sau vài tỷ năm, nhưng ngược lại, hầu hết những cụm sao cầu thì đều có tuổi gần bằng với tuổi của Ngân Hà.

Ngoài ra, M4 cũng là một cách tốt để bạn có thể nhận biết ra cánh tay Sagittarius-Carina - với khoảng cách khoảng 16 độ về hướng tây bắc so với phần trung tâm của cánh tay - nên khi quan sát M4 bạn sẽ dễ dàng nhận ra cánh tay Sagittarius-Carina khi chỉ cần nhìn xuống thấp chút xíu.

Trong hai phần tiếp theo của bài viết, bạn sẽ cùng mình khám phá nhiều hơn về dải Ngân Hà của chúng ta. Rất cảm ơn bạn đã quan tâm và đọc bài viết này. Vui lòng ghi lại nguồn bài viết khi bạn đăng tải lại thông tin từ đây.

Anh Tuấn Nguyễn dịch từ bài viết của tác giả Craig Crossen trên Tạp chí Sky and Telescope tháng 7 năm 2013 (trang 27)
Quan sát dải Ngân Hà - Phần 1 : Sagittarius và Scorpius Quan sát dải Ngân Hà - Phần 1 : Sagittarius và Scorpius Reviewed by Quang Niên on 7/20/2013 10:00:00 SA Rating: 5