Vũ trụ và thiên hà: Xác định đâu là 'ông lớn' hơn

Câu hỏi liệu vũ trụ với thiên hà, cái nào lớn hơn, là một thắc mắc phổ biến khi chúng ta bắt đầu tìm hiểu về không gian bao la. Để trả lời câu hỏi này một cách thấu đáo, chúng ta cần phân biệt rõ ràng hai khái niệm: vũ trụ và thiên hà, cũng như hiểu về quy mô và cấu trúc của từng thành phần.

Thiên hà là gì? Cấu trúc và quy mô

Thiên hà là một hệ thống vật chất khổng lồ, được liên kết với nhau bởi lực hấp dẫn. Bên trong một thiên hà chứa hàng tỷ đến hàng nghìn tỷ ngôi sao, cùng với các hành tinh quay quanh chúng, các đám mây khí và bụi vũ trụ, và một lượng lớn vật chất tối bí ẩn. Các nhà khoa học thường phân loại thiên hà dựa trên hình dạng của chúng:

• Thiên hà xoắn ốc: Có cấu trúc đĩa với các nhánh xoắn ốc vươn ra từ vùng trung tâm. Dải Ngân Hà của chúng ta là một ví dụ điển hình, với cấu trúc xoắn ốc có thanh ngang (kiểu SBbc theo phân loại Hubble).
• Thiên hà elip: Có hình dạng giống quả trứng hoặc hình cầu, chứa chủ yếu là các ngôi sao già.
• Thiên hà dị thường: Không có hình dạng cố định rõ ràng, thường là kết quả của sự va chạm hoặc tương tác giữa các thiên hà khác.

Đường kính trung bình của một thiên hà có thể dao động từ vài nghìn đến vài trăm nghìn năm ánh sáng. Ví dụ, Dải Ngân Hà có đường kính khoảng 100.000 đến 120.000 năm ánh sáng và chứa từ 100 đến 400 tỷ ngôi sao. Trung tâm của hầu hết các thiên hà lớn, bao gồm cả Dải Ngân Hà, đều chứa một lỗ đen siêu khối lượng.

Vũ trụ là gì? Quy mô và phạm vi

Vũ trụ, theo định nghĩa khoa học, là toàn bộ không gian và thời gian, bao gồm tất cả vật chất và năng lượng. Nó là tập hợp của tất cả các thiên hà, các cụm thiên hà, các siêu đám thiên hà, và khoảng trống giữa chúng. So với một thiên hà đơn lẻ, vũ trụ có quy mô lớn hơn đến mức không thể tưởng tượng được.

Các nhà khoa học ước tính rằng có thể có hàng trăm tỷ, thậm chí hàng nghìn tỷ thiên hà trong vũ trụ quan sát được. Mỗi thiên hà lại chứa hàng tỷ ngôi sao. Điều này cho thấy sự khác biệt về quy mô giữa vũ trụ và thiên hà là vô cùng lớn. Khi đặt câu hỏi vũ trụ và thiên hà cái nào to hơn, câu trả lời chắc chắn là vũ trụ.

Sự khác biệt giữa 'vũ trụ' và 'thiên hà' có thể được ví von như sau: Nếu thiên hà là một thành phố, thì vũ trụ chính là toàn bộ hành tinh Trái Đất, thậm chí là toàn bộ Hệ Mặt Trời và nhiều hệ mặt trời khác. Mối quan hệ giữa vũ trụ và thiên hà là mối quan hệ giữa một tổng thể bao quát và một phần tử cấu tạo nên nó.

Vũ trụ hay thiên hà, đâu là giới hạn cuối cùng?

Để làm rõ hơn, chúng ta hãy xem xét các thuật ngữ liên quan:

• Ngân hà: Thuật ngữ này thường được dùng để chỉ Dải Ngân Hà (Milky Way), thiên hà chứa Hệ Mặt Trời của chúng ta.
• Thiên hà (Galaxy): Là một thuật ngữ chung chỉ một hệ thống vật chất khổng lồ tương tự như Dải Ngân Hà.
• Vũ trụ: Bao gồm tất cả mọi thứ, bao gồm cả Dải Ngân Hà, các thiên hà khác, không gian, thời gian, vật chất và năng lượng.

Do đó, khi so sánh ngân hà và thiên hà cái nào lớn hơn, thì cả hai đều là các thiên hà. Tuy nhiên, nếu so sánh vũ trụ và thiên hà cái nào to hơn, thì vũ trụ chắc chắn lớn hơn rất nhiều.

Khoảng cách từ Trái Đất đến trung tâm Dải Ngân Hà đã lên tới khoảng 27.700 năm ánh sáng. Nhưng Dải Ngân Hà chỉ là một trong số hàng tỷ thiên hà tồn tại. Vũ trụ quan sát được có đường kính ước tính lên tới 93 tỷ năm ánh sáng. Thậm chí, có những cấu trúc lớn hơn cả thiên hà được gọi là siêu đám thiên hà, ví dụ như Siêu đám Laniakea, mà Dải Ngân Hà chỉ là một phần nhỏ bé trong đó.

Những khái niệm mở rộng về quy mô vũ trụ

Trong vũ trụ học, các nhà khoa học đã quan sát và đưa ra các mô hình về cấu trúc quy mô lớn của vũ trụ. Các thiên hà không phân bố ngẫu nhiên mà có xu hướng tập trung thành các cấu trúc khổng lồ như:

• Cụm thiên hà: Tập hợp hàng trăm đến hàng nghìn thiên hà liên kết với nhau bằng lực hấp dẫn.
• Siêu đám thiên hà: Là các tập hợp khổng lồ của nhiều cụm thiên hà, có thể trải dài hàng trăm triệu năm ánh sáng.
• Tường và Sợi: Ở quy mô lớn nhất, vũ trụ được cho là có cấu trúc giống như mạng lưới, với các siêu đám thiên hà tập trung dọc theo các 'sợi' và các 'bức tường' khổng lồ, ngăn cách bởi các vùng không gian gần như trống rỗng gọi là 'vũ trụ rỗng' (voids).

Những cấu trúc này càng khẳng định thêm rằng, vũ trụ là một thực thể bao la, chứa đựng vô số thiên hà và các cấu trúc lớn hơn nữa. Việc so sánh quy mô giữa vũ trụ và một thiên hà đơn lẻ trở nên vô cùng chênh lệch.

Tóm lại, khi nói về vũ trụ và thiên hà cái nào to hơn, câu trả lời là vũ trụ. Thiên hà, bao gồm cả Dải Ngân Hà của chúng ta, chỉ là một hạt cát nhỏ bé trong bức tranh toàn cảnh của vũ trụ bao la.