Thiên văn học ( phần IV )
Thiên văn học ngoài thiên hà
Bài chi tiết: Thiên văn học ngoài thiên hà
Việc nghiên cứu các vật thể bên ngoài thiên hà của chúng ta là một nhánh
của thiên văn học liên quan tới sự thành tạo và tiến hoá của các thiên hà;
hình thái học của chúng và xếp hạng; và sự xác định các thiên hà hoạt
động, và các nhóm và cụm thiên hà. Việc xác định các thiên hà hoạt động
và các nhóm và cụm thiên hà là quan trọng để hiểu được cơ cấu tầm mức
lớn của vũ trụ.


Hình này thể hiện nhiều vật thể xanh có hình vòng là những hình ảnh
chồng của cùng một thiên hà, bị nhân lên bởi hiệu ứng thấu kính hấp dẫn
của cụm các thiên hà màu vàng gần trung tâm hỉnh. Thấu kính được tạo
ra bởi trường hấp dẫn trọng lượng của cụm uốn cong ánh sáng khiến nó
khuếch đại và bóp méo hình của một vật thể ở xa.
Hầu hết thiên hà được tổ chức thành các hình khác biệt cho phép thực
hiện các mô hình xếp hạng. Thường chúng được chia thành thiên hà xoắn
ốc, thiên hà elíp và thiên hà bất thường.
[48]

Như cái tên cho thấy, một thiên hà elíp có hình dạng mặt cắt của một elíp.
Các ngôi sao di chuyển theo các quỹ đạo ngẫu nhiên và không có hướng
ưu tiên. Các thiên hà này chứa ít hay không chứa bụi liên sao; ít vùng
thành tạo sao; và nói chung gồm các ngôi sao già. Các thiên hà elíp
thường được tìm thấy ở trung tâm các cụm thiên hà, và có thể từng được
thành lập thông qua sự hoà trộn các thiên hà lớn.
Một thiên hà xoắn ốc được tổ chức thành một đĩa xoay, phẳng, thường
với một chỗ phồng hay thanh lớn ở trung tâm, và các cánh tay sáng hình
vệt xoắn ốc ra bên ngoài. Các cánh tay này là vùng bụi thành tạo sao nơi
nhiều ngôi sao trẻ được tạo ra như những chấm nhỏ màu xanh. Các thiên

hà xoắn ốc nói chung được bao quanh bởi một quầng sao già. Cả Ngân hà
và Thiên hà Andromeda đều là các thiên hà xoắn ốc.
Các thiên hà bất thường thường có hình thái hỗn loạn, và không có hình
xoắn ốc cũng như elíp. Khoảng một phần tư các thiên hà là thiên hà bất
thường, và các hình dạng kỳ lạ của các thiên hà đó có thể là kết của của
sự tương tác hấp dẫn.
Một thiên hà hoạt động là một thành tạo phát ra một lượng lớn năng
lượng của nó từ một nguồn ngoài các ngôi sao, bụi và khí; và được cấp
năng lượng bởi một vùng nén tại lõi, thường được cho là một hố đen khối
lượng siêu lớn phát ra bức xạ từ vật liệu rơi vào đó.
Một thiên hà radio là một thiên hà hoạt động rất sáng ở phần quang phổ
radio, và phát ra nhiều chùm hay vấu khí. Các thiên hà hoạt động phát ra
bức xạ năng lượng cao gồm các thiên hà Seyfert, các Quasar, và các
Blazar. Quasar được cho là các vật thể sáng ổn định nhất trong vũ trụ đã
được biết tới.
[49]

Kết cấu có tầm mức lớn của vũ trụ được thể hiện bởi các nhóm và cụm
thiên hà. Kết cấu này được tổ chức trong một hệ thống cấp bậc của các
nhóm, với hệ lớn nhất là các siêu cụm. Vật chất chung được thành tạo
trong các sợi và các bức tường, để lại những khoảng trống ở giữa.
[50]

Vũ trụ học
Bài chi tiết: Vật lý vũ trụ
Vũ trụ học (từ từ tiếng Hy Lạp κοσμος "thế giới, vũ trụ" và λογος "từ,
nghiên cứu") có thể được coi là việc nghiên cứu vũ trụ như một tổng thể.
Các quan sát cấu trúc tầm mức lớn của vũ trụ, một nhánh được gọi là vật
lý vũ trụ, đã cung cấp một hiểu biết sâu về sự thành tạo và tiến hoá của vũ
trụ. Nền tảng cho vũ trụ học hiện đại là lý thuyết big bang được chấp

nhận rộng rãi, theo đó vũ trụ của chúng ta khởi đầu tại một điểm duy nhất
trong thời gian, và sau đó mở rộng trong 13.7 tỷ năm để trở thành như
hiện tại. Ý tưởng big bang có thể được truy nguyên dấu vết từ sự khám
phá bức xạ vi sóng vũ trụ năm 1965.
Trong quá trình mở rộng này, vũ trụ trải qua nhiều giai đoạn tiến hoá. Ở
những khoảnh khắc đầu tiên, lý thuyết cho rằng vũ trụ trải qua một giai
đoạn lạm phát vũ trụ rất nhanh chóng, làm đồng nhất các điều kiện khởi
đầu. Sau đó, tổng hợp hạt nhân tạo ra sự phong phú nguyên tố của vũ trụ
buổi đầu. (Xem thêm Niên đại hạt nhân vũ trụ.)
Khi các nguyên tử đầu tiên hình thành, vũ trụ trở nên trong suốt với bức
xạ, nhả ra năng lượng có thể được thấy hiện nay ở dạng màn bức xạ vi
sóng. Vụ trụ mở rộng sau đó trải qua
một Thời kỳ Tối vì sự thiếu hụt các
nguồn năng lượng sao.
[51]

Một cơ cấu cấp bậc vật chất bắt đầu
hình thành từ những sự thay đổi trong
thời gian ngắn trong mật độ khối
lượng. Vật chất tích tụ trong những
vùng đặc nhất, hình thành nên các
đám mây khí và những ngôi sao đầu
tiên. Những ngôi sao lớn này gây ra
quá trình tái tổ chức và được cho là đã tạo ra nhiều nguyên tố nặng trong
vũ trụ buổi đầu và thường có xu hướng phân rã trở lại thành các nguyên
tố nhẹ hơn mở rộng chu kỳ.
Những sự tích tụ hấp dẫn tập trung thành các sợi, để lại các khoảng trống
trong các lỗ hổng. Dần dần, các tổ chức khí và bụi hoà trộn để hình thành
nên các thiên hà nguyên thuỷ đầu tiên. Cùng với thời gian, chúng lôi kéo
vào trong thêm nhiều vật chất và thường được tổ chức thành các nhóm và

cụm thiên hà, sau đó thành các siêu cụm ở tầm mức lớn.
[52]

Nền tảng của cơ cấu của vụ trụ là sự tồn tại của vật chất tối và năng lượng
tối. Chúng hiện được cho là các thành phần chiếm ưu thế, tạo ra 96% mật
độ vũ trụ. Vì lý do này, nhiều nỗ lực đã được thực hiện nhằm tìm hiểu
tính chất vật lý của các thành phần đó.
[53]

Các nghiên cứu đa lĩnh vực
Thiên văn học và vật lý vũ trụ đã phát triển khá nhiều kết nối đa lĩnh vực
với các lĩnh vực khoa học khác. Khảo cổ thiên văn học là việc nghiên cứu
thiên văn học truyền thống hay cổ đại trong bối cảnh văn hoá của chúng,
sử dụng bằng chứng khảo cổ và nhân loại. Sinh vật học vũ trụ là việc
nghiên cứu sự xuất hiện và tiến hoá của các hệ sinh thái trong vũ trụ, với
sự nhấn mạnh đặc biệt trên khả năng về sự sống ngoài trái đất.
Việc nghiên cứu các hoá chất được tìm thấy trong vũ trụ, gồm sự thành
tạo, tương tác và phá huỷ của chúng, được gọi là hoá học vũ trụ
(Astrochemistry). Các chất đó thường được tìm thấy trong các đám mây
phân tử, dù chúng có thể xuất hiện trong những ngôi sao nhiệt độ thấp,
sao lùn nâu và các hành tinh. Hoá học vũ trụ (Cosmochemistry) là việc
nghiên cứu các hoá chất được tìm thấy bên trong Hệ mặt trời, gồm cả các
nguồn gốc của các nguyên tố và các biến đổi trong các tỷ lệ đồng vị. Cả
hai lĩnh vực này đều có sự trùng lặp trong phương pháp thiên văn học và
hoá học.
Thiên văn học nghiệp dư
Bài chi tiết: Thiên văn học nghiệp dư


Các nhà thiên văn nghiệp dư có thể chế tạo thiết bị của riêng mình, và có

thể tổ chức các bữa tiệc sao, như kiểu câu lạc bộ Stellafane.
Thiên văn là một trong những ngành khoa học mà những người nghiệp dư
có thể đóng góp nhiều nhất
[54]
.
Nói chung, các nhà thiên văn học nghiệp dư quan sát nhiều loại vật thể và
hiện tượng vũ trụ thỉnh thoảng bằng thiết bị tự chế. Các mục tiêu thông
thường của các nhà thiên văn nghiệp dư gồm Mặt trăng, các hành tinh,
các ngôi sao, sao chổi, mưa sao băng và nhiều loại vật thể sâu trong vũ
trụ như các cụm sao, thiên hà hay tinh vân. Một nhánh của thiên văn
nghiệp dư, chụp ảnh vũ trụ nghiệp dư, liên quan tới việc chụp ảnh bầu
trời đêm. Nhiều người nghiệp dư muốn chuyên biệt trong quan sát các vật
thể đặc biệt, các kiểu vạt thể hay các kiểu sự kiện làm họ quan tâm.
[55][56]

Đa số nhà thiên văn nghiệp dư làm việc ở các chiều dài sóng nhìn thấy
được, nhưng một cộng đồng nhỏ làm việc với các chiều dài sóng bên
ngoài quang phổ nhìn thấy được. Điều này gồm việc sử dụng các thiết bị
lọc hồng ngoại trên các kính viễn vọng thông thường, và việc sử dụng các
kính viễn vọng radio. Người đi đầu trong thiên văn học radio nghiệp dư là
Karl Jansky, ông đã bắt đầu quan sát bầu trời ở những chiều dài sóng
radio từ thập niên 1930. Một số nhà thiên văn nghiệp dư sử dụng các kính
viễn vọng tự làm hay các kính viễn vọng radio ban đầu được sản xuất cho
nghiên cứu thiên văn nhưng hiện các nhà thiên văn nghiệp dư đã có thể
tiếp cận (ví dụ Kính viễn vọng Một Dặm).
[57][58]

Các nhà thiên văn nghiệp dư tiếp tục thực hiện các đóng góp khoa học
trong lĩnh vực thiên văn. Quả thực, đây là một trong số ít ngành khoa học
nơi những người nghiệp dư vẫn có thể có những đóng góp quan trọng.

Những người nghiệp dư có thể thực hiện đo đạc che khuất được dùng để
tinh chỉnh các quỹ đạo của các hành tinh nhỏ. Họ cũng có thể khám phá
các sao chổi, và thực hiện những quan sát thường xuyên với các ngôi sao
biến đổi. Những cải tiến trong kỹ thuật số đã cho phép những người
nghiệp dư thực hiện những tiến bộ quan trọng trong lĩnh vực chụp ảnh vũ
trụ.
[59][60][61]

Những vấn đề lớn của thiên văn học
Xem thêm: Các vấn đề chưa được giải quyết trong vật lý
Dù lĩnh vực khoa học thiên văn đã có bước phát triển lớn trong việc tìm
hiểu bản chất vũ trụ và nội dung của nó, vẫn còn một số vấn đề chưa
được giải quyết. Những câu trả lời cho chúng có thể đòi hỏi những công
cụ mới trên mặt đất và trong không gian, và có thể những phát triển mới
trong vật lý lý thuyết và thực nghiệm.
 Cái gì là nguồn gốc của quang phổ khối lượng sao? Có nghĩa, tại
sao cá nhà thiên văn quan sát cùng sự phân bố các khối lượng
sao—chức năng khối lượng ban đầu—rõ ràng không quan tâm tới
các điều kiện ban đầu?
[62]
Cần có một sự hiểu biết sâu hơn về sự
thành tạo sao và hành tinh.
 Có sự sống trong vũ trụ không? Đặc biệt, có sự sống thông minh
khác không? Nếu có, đâu là sự giải thích cho nghịch lý Fermi? Sự
tồn tại của sự sống ở một nơi nào đó có những hàm ý khoa học và
triết học quan trọng.
[63][64]

 Đâu là bản chất của vật chất tối và năng lượng tối? Chúng thống trị
sự tiến hoá và số phận vũ trụ, quả thực chúng ta vẫn chưa chắc

chắn về các bản chất thực của chúng.
[65]

 Tại sao những hằng số vật lý lại hài hoà như vậy tới mức chúng
cho phép sự tồn tại của sự sống? Chúng có thể là kết quả của sự lựa
chọn tự nhiên của vũ trụ không? Cái gì gây ra lạm phát vũ trụ đã
tạo ra vũ trụ đồng nhất của chúng ta?
 Đâu là số phận cuối cùng của vũ trụ?
[66]

Năm thiên văn học quốc tế 2009
Bài chi tiết: Năm thiên văn học quốc tế
Trong cuộc họp Đại hội đồng lần thứ 62 của Liên hiệp quốc, năm 2009 đã
được công bố là Năm thiên văn học quốc tế (IYA2009), với nghị quyết
được chính thức hoá ngày 20 tháng 12 năm 2008. Một sự phối hợp toàn
cầu do Liên đoàn Thiên văn Quốc tế (IAU) bố trí, nó đã được UNESCO
— cơ quan của Liên hiệp quốc chịu trách nhiệm về các vấn đề Giáo dục,
Khoa học và Văn hoá, tán đồng. Năm Thiên văn quốc tế 2009 được dự
định trở thành một lễ hội toàn cầu về thiên văn học và những đóng góp
của nó vào xã hội và văn hoá, khơi dậy sự quan tâm toàn cầu không chỉ
với thiên văn và cả khoa học nói chung, với sự nhấn mạnh vào thanh niên