Vì sao các thiên hà trong không gian vũ trụ luôn tự xoay tròn?

Trong không gian vũ trụ, chuyển động tự quay là hiện tượng cực kỳ phổ biến ở mọi quy mô, từ các hành tinh, Mặt Trời cho đến toàn bộ dải Ngân Hà. Dưới góc nhìn vật lý thiên văn, chuyển động này chịu sự chi phối chặt chẽ của các định luật cơ học, với yếu tố cốt lõi là mô-men động lượng phụ thuộc vào khối lượng và cách phân bố khối lượng quanh khối tâm của vật thể.

Định luật vật lý nào điều khiển chuyển động quay của các thiên hà?

Định luật bảo toàn mô-men động lượng lý giải việc thu gọn khối lượng về gần khối tâm sẽ làm tăng tốc độ xoay, tương tự như hình ảnh vận động viên trượt băng nghệ thuật ép sát tay vào người. Nếu khối lượng và hình dạng giữ nguyên, tốc độ quay sẽ được duy trì ổn định trừ khi chịu lực tác động từ bên ngoài hoặc chịu ma sát chuyển hóa chuyển động thành nhiệt năng.

Khi vũ trụ sơ khai mới hình thành, vật chất tối cùng lực hấp dẫn đã kéo các đám mây khí và bụi vũ trụ khổng lồ tiến lại gần nhau. Do hiếm khi đối đầu trực diện, các đám mây thường tiếp cận theo hướng lệch tâm và lực hút tương hỗ khiến chúng xoắn ốc cuộn vào nhau, biến chuyển động xoắn ban đầu thành chuyển động tự quay của đám mây sau sáp nhập.

Vật chất bên trong tiếp tục va chạm, bị nén ép và nóng sáng trước khi kết hợp cùng các dòng vật chất gọi là sợi vũ trụ để tạo nên các thiên hà hoàn chỉnh. Tùy thuộc vào lịch sử tiến hóa, các thiên hà thể hiện trật tự quay khác biệt, từ dạng vô định hình hỗn loạn, dạng xoắn ốc có đĩa phẳng quay đồng bộ, đến dạng elip chủ yếu hình thành từ các vụ sáp nhập giữa các thiên hà.

Hình minh họa sự chuyển động của thiên hà.

Một khi đã hình thành, thiên hà sẽ tiếp tục tự quay vĩnh cửu theo định luật bảo toàn mô-men động lượng, trừ khi xảy ra các biến cố lớn làm thay đổi cấu trúc như va chạm và sáp nhập với thiên hà khác. Dù toàn bộ các thiên hà đều quay, mỗi cấu trúc trong không gian sâu thẳm lại sở hữu một lịch sử hình thành và cách thức tự quay hoàn toàn riêng biệt.