Tương tác thiên hà

Các thiên hà lân cận thường có sự tương tác hấp dẫn với nhau, và đặc tính này đóng một vai trò quan trọng trong sự hình thành và tiến hóa thiên hà. Hai thiên hà chưa hoàn toàn va chạm vào nhau cũng gây ra sự xáo trộn trong cấu trúc của chúng do lực thủy triều hấp dẫn, dẫn đến sự trao đổi khí và bụi.[78][79]

Thiên hà Antennae gồm hai thiên hà đang trải qua sự va chạm và cuối cùng dẫn đến sự sáp nhập giữa chúng.

Va chạm xảy ra khi hai thiên hà chuyển động qua trực tiếp nhau và chúng có động lượng tương đối lớn để sự kiện sáp nhập không xảy ra. Các ngôi sao trong những thiên hà tương tác này nói chung sẽ không va chạm vào nhau do khoảng cách giữa các ngôi sao là khá lớn.Tuy nhiên, đám mây khí và bụi của các thiên hà sẽ tương tác và hòa trộn vào nhau. Hiệu ứng này giúp thúc đẩy sự hình thành các ngôi sao trẻ do môi trường liên sao trở lên hỗn độn và bị nén lại. Sự kiện va chạm có thể làm méo mó nghiêm trọng hình dáng của một hay cả hai thiên hà, hình thành lên cấu trúc thanh, vòng đai hoặc dạng đuôi ở các thiên hà.[78][79]

Nếu hai thiên hà va chạm không có động lượng đủ lớn để thắng lực hấp dẫn giữa chúng, sau một thời gian chúng sẽ sáp nhập với nhau để hình thành nên một thiên hà lớn hơn. Sự kiện sáp nhập làm thay đổi lớn hình thái của thiên hà so với hình dáng ban đầu của chúng. Trong trường hợp có một thiên có khối lượng lớn hơn và kích thước lớn hơn, sẽ dẫn tới hiệu ứng "thiên hà ăn thịt": thiên hà lớn sẽ chỉ bị thay đổi rất ít về hình thái, trong khi thiên hà nhỏ hơn bị hòa trộn hoàn toàn vào thiên hà lớn. Ngân Hà hiện tại cũng đang trong quá trình hút và hòa trộn các thiên hà nhỏ bao gồm thiên hà lùn elip Nhân Mã và thiên hà lùn Đại Khuyển.[78][79]

Thiên hà bùng nổ sao

M82, một trong những thiên hà bùng nổ sao mạnh mẽ với tốc độ sản sinh các ngôi sao gấp 10 lần [80] so với các thiên hà "thông thường".

Các sao hình thành trong thiên hà từ một đám mây khí lạnh tạo nên đám mây phân tử khổng lồ. Ở một số thiên hà có tốc độ hình thành sao khá lớn, và các nhà thiên văn học gọi chúng là thiên hà bùng nổ sao. Với tốc độ sản sinh sao như thế, chúng sẽ tiêu thụ hết lượng khí trong môi trường liên sao trong khoảng thời gian nhỏ hơn độ tuổi của thiên hà. Do vậy hoạt động bùng nổ sản sinh sao chỉ diễn ra trong khoảng 10 triệu năm, quãng thời gian tương đối ngắn trong lịch sử phát triển của một thiên hà. Thiên hà bùng nổ sao đã từng rất phổ biến trong thời gian sớm của Vũ trụ,[81] và hiện tại, một số thiên hà vẫn đóng góp vào khoảng 15% tổng lượng sản sinh sao.[82]

Thiên hà bùng nổ sao có đặc trưng ở sự tập trung bụi và khí cũng như sự có mặt của những ngôi sao mới hình thành, bao gồm những ngôi sao lớn làm ion hóa các đám mây xung quanh nó tạo ra những vùng H II.[83] Những ngôi sao lớn này có thời gian tồn tại ngắn và ở cuối giai đoạn tiến hóa nó kết thúc bằng vụ nổ siêu tân tinh, tạo ra vùng tàn dư siêu tân tinh tương tác với vùng khí bao xung quanh nó. Những vụ nổ như thế này tạo ra sản phẩm các nguyên tố nặng hòa trộn vào không gian liên sao và trở thành những viên gạch cơ bản cho các hệ hành tinh sau này. Đến khi nguồn khí bị sử dụng hoặc tiêu tán hết lúc này hoạt động sản sinh sao với tốc độ lớn cũng kết thúc.[81]

Hoạt động bùng nổ sao thường đi kèm với quá trình thiên hà tương tác và sáp nhập. Ví dụ điển hình cho mối quan hệ thiên hà tương tác và bùng nổ sao là ở thiên hà M82 khi nó đang chuẩn bị cho sự va chạm với thiên hà lớn hơn là M81. Ở các thiên hà dị thường các vùng hoạt động sản sinh sao tập trung tại những nút nhỏ trong chúng.[84]

Nhân hoạt động

Trong số các thiên hà mà chúng ta quan sát được có một nhóm thiên hà hoạt động, nghĩa là một phần đáng kể tổng năng lượng sinh ra từ thiên hà phát từ một nguồn duy nhất thay vì từ các sao, bụi và môi trường liên sao.

Khuôn mẫu cho mô hình nhân thiên hà hoạt động dựa trên một đĩa bồi tụ tạo thành xung quanh các hố đen siêu nặng ở vùng lõi. Bức xạ từ một nhân thiên hà hoạt động sinh ra từ năng lượng hấp dẫn của vật chất ở đĩa khi rơi vào hố đen này.[85] Trong khoảng 10% những thiên thể như vậy tồn tại cặp chùm tia/hạt năng lượng cao phun ra theo hướng ngược nhau từ trung tâm thiên hà với vận tốc gần bằng tốc độ ánh sáng. Người ta vẫn chưa hiểu rõ cơ chế sinh ra những tia này.[86]

Một dòng hạt năng lượng cao phát ra từ lõi thiên hà vô tuyến êlip M87.

Các thiên hà hoạt động phát ra bức xạ năng lượng cao dưới dạng tia X được gọi là Thiên hà Seyfert hoặc quasar, phụ thuộc vào độ sáng của nó. Các blazar là những thiên hà hoạt động với chùm tia tương đối tính hướng về phía Trái Đất. Thiên hà vô tuyến phát ra các bức xạ vô tuyến từ chùm tia tương đối tính này. Các loại thiên hà hoạt động này được thống nhất trong một mô hình với cách giải thích sự khác nhau giữa chúng là do góc quan sát từ Trái Đất.[86]

Một hiện tượng khác có thể liên quan tới nhân thiên hà hoạt động (cũng như bùng nổ sao) là các vùng vạch phát xạ hạt nhân ion hóa thấp (LINER). Bức xạ từ các thiên hà loại LINER chủ yếu chứa các nguyên tố bị ion hóa yếu.[87] Xấp xỉ một phần ba các thiên hà gần với chúng ta có chứa nhân LINER.[85][87][88]