Từ những hành tinh quen thuộc cho đến các thiên hà siêu to khổng lồ hàng triệu năm ánh sáng, chuyển động quay xuất hiện ở mọi nơi trong vũ trụ. Đằng sau hiện tượng tưởng chừng đơn giản này lại là một quy luật vật lý cực kỳ đặc biệt, quyết định cách các cấu trúc lớn hình thành và vận động đó nha!
Chuyển động quay tròn là hiện tượng phổ biến xuyên suốt vũ trụ luôn á. Từ Trái Đất, Mặt Trăng, Mặt Trời đến cả Dải Ngân Hà cùng vô số thiên thể lớn nhỏ khác, tất cả đều đang liên tục xoay quanh trục không ngừng nghỉ.
Để tìm nguyên nhân vì sao mọi thứ trong không gian đều quay, trước hết cần hiểu rõ quy luật vật lý điều khiển chuyển động này. Trong vật lý học, mức độ quay của một vật thể được đo bằng động lượng góc hay mô-men động lượng (nghe fancy vậy thôi chứ không khó đâu nhé).
Đại lượng động lượng góc phụ thuộc vào hai yếu tố chính: khối lượng của vật thể và cách thức khối lượng đó phân bố xung quanh tâm khối lượng. Tâm khối lượng chính là trọng tâm của vật thể đó.
Khi một vật thể quay mà không chịu sự thay đổi về khối lượng hay hình dáng, tốc độ quay của nó sẽ giữ nguyên. Ngược lại, nếu hình dáng hoặc khối lượng biến đổi, tốc độ quay lập tức thay đổi luôn.
Hiện tượng này có thể kiểm chứng qua việc ngồi trên ghế văn phòng xoay tròn (ai cũng từng làm điều này rồi đúng không nàooo ). Khi dang rộng hai chân, tốc độ quay khá chậm, nhưng lúc thu chân lại sát trọng tâm, cơ thể lập tức xoay nhanh hơn hẳn.
Bí mật đằng sau hiện tượng trên là định luật bảo toàn động lượng góc. Việc thu chân giúp đưa khối lượng lại gần trọng tâm, làm tăng tốc độ xoay trước khi ma sát biến động năng thành nhiệt năng khiến ghế dừng lại.
Tương tự, các vận động viên trượt băng nghệ thuật cũng áp dụng định luật này để tăng tốc độ xoay bằng cách thu tay sát cơ thể (cực đỉnh luôn!). Định luật bảo toàn động lượng góc chính là quy luật áp dụng cho cả cấu trúc vĩ mô trong vũ trụ.
Các thiên hà được cấu thành từ vật chất thông thường như sao, hành tinh, khí, bụi và cả vật chất tối vô hình nữa. Ở thời vũ trụ sơ khai, chính lực hấp dẫn của vật chất tối đã gom các đám mây khí bụi lại với nhau.
Khi hai đám mây khí khổng lồ lao về phía nhau, khả năng va chạm chính diện tâm là cực kỳ thấp (không phải lúc nào cũng như phim đâu nha). Chúng thường tiếp cận lệch tâm, sượt qua nhau rồi bị lực hấp dẫn kéo lại, tạo ra chuyển động xoáy tròn.
Chuyển động xoáy ban đầu tuân theo định luật bảo toàn động lượng góc và được giữ lại trọn vẹn trong đám mây mới sau khi hợp nhất. Quá trình này kiến tạo nên chuyển động quay của các thiên hà đấy!
Trong đợt sáp nhập, các hạt vật chất va chạm dữ dội, bị nén lại, nóng lên và phát sáng. Chúng đi xuyên qua nhau, chậm lại rồi bị kéo giật trở lại bởi lực hấp dẫn.
"Vũ điệu nhào lộn" này tiếp diễn cho đến khi các hạt ổn định thành một đám mây quay duy nhất. Quy trình tiếp tục lặp lại nhiều lần với các đám mây có kích thước lớn hơn trong không gian.
Tùy vào góc độ, vận tốc và khối lượng khi va chạm, các đám mây có thể làm tăng, giảm hoặc đảo ngược hướng quay của nhau. Khi thiên hà đạt quy mô đủ lớn, các va chạm nhỏ không còn làm đổi hướng quay được nữa.
Kết hợp với dòng vật chất từ các sợi vũ trụ đổ về, thiên hà sẽ quay mãi mãi, trừ khi va chạm với thiên hà khổng lồ khác. Dựa vào mức độ tổ chức vòng quay, các nhà thiên văn chia thiên hà làm ba loại.
Loại thứ nhất là thiên hà bất định hình, bao gồm tập hợp hỗn độn của khí, bụi và sao. Chúng có một hướng quay chung đại thể, dù một số thiên thể bên trong vẫn chuyển động khá vô tổ chức (kiểu hơi loạn xì ngầu ấy ).
Loại thứ hai là thiên hà xoắn ốc có cấu trúc trật tự với đĩa phẳng, các nhánh xoắn ốc và phần trung tâm phình ra. Hầu hết vật chất ở đĩa quay đều tăm tắp, còn các nhánh xoắn ốc đóng vai trò như điểm ùn tắc giao thông vậy (hình dung như giờ tan tầm nhé).
Loại thứ ba là thiên hà hình elip chứa nhiều sao nhưng cực kỳ ít khí và bụi, thường là sản phẩm sau các vụ va chạm. Các ngôi sao vẫn quay quanh tâm nhưng quỹ đạo có thể hỗn loạn tùy lịch sử sáp nhập.
Nguồn: techz.vn