TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ BÀI TIỂU LUẬN SAO BIẾN QUANG Giảng viên Thầy Nguyễn Thành Đạt Sinh viên 1 Nguyễn Hồ Phước 46 01 401 199 2 Nguyễn Mai Ngọc Trinh 46 01 401[.]
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ .. BÀI TIỂU LUẬN: SAO BIẾN QUANG Giảng viên: Thầy Nguyễn Thành Đạt Sinh viên: Nguyễn Hồ Phước- 46.01.401.199 Nguyễn Mai Ngọc Trinh-46.01.401.294 Hồ Thanh Trúc- 46.01.401.301 Nguyễn Thị Mỹ Duyên- 46.01.401.046 TP Hồ Chí Minh, tháng 11/2022 MỤC LỤC MỞ ĐẦU NỘI DUNG KHÁI NIỆM 2 PHÂN LOẠI VÀ ĐẶT ĐIỂM .2 2.1 Phân loại biến quang theo chu kì 2.2 Phân loại biến quang dựa vào nguyên nhân 2.2.1 Sao biến quang che khuất 2.2.2 Sao biến quang co giãn (Variable- Start) 2.2.3 Sao biến quang đột biến- Sao siêu (Novae – Supernovae) 2.2.3.1 Sao 2.2.3.2 Sao siêu NGHIÊN CỨU VỀ SAO BIẾN QUANG VÀ Ý NGHĨA KẾT LUẬN 12 TÀI LIỆU THAM KHẢO .13 MỞ ĐẦU Đã từ lâu tinh tú bầu trời xa xôi gây cho người hấp dẫn khó tả Chắc hẳn ai lần ngắm nhìn mn ngàn lấp lánh bầu trời đêm Nối lại với theo đường tưởng tượng, ta hình thù ngộ nghĩnh thích mắt ánh sáng kì diệu mà chúng phát Có bạn tự hỏi sao lại sáng đẹp đến thế? Các ngơi có sáng hay thay đổi độ sáng theo thời gian? Thật có lúc ngơi bừng lên sáng rực khác thường, có lúc chúng lại mờ đi, trơng thật huyền ảo Tại lại có ngơi thế? Các có tên gì? Chúng có đặc điểm sao? Ta quan sát mắt thường không? Và tiểu luận cung cấp cho bạn khái niệm biến quang, có loại này, nhà khoa học nghiên cứu sao? Quan trọng ta quan sát Nhóm thực NỘI DUNG KHÁI NIỆM - Sao biến quang hiểu cách đơn giản có độ sáng thay đổi thường xuyên Sao thay đổi cường độ sáng theo chu kì, nhà thiên văn người Mĩ Henrietta Leavitt nhận thấy điều đặc biệt: ngơi biến quang lớn chu kì nhấp nháy lớn Hình Ngơi biến thiên Cepheid V1 Thiên hà Tiên nữ (Nguồn: NASA) - Hầu hết ổn định trị ổn định hàng ngàn chí nhiều triệu năm Tuy nhiên, số ngơi co giãn: Chúng trở nên lớn bé chúng thay đổi độ trưng phổ chúng cách đặn với chu kì co giãn đo cách dễ dàng (Nguyễn Quang Riệu nhóm tác giả (2007), Thiên văn Vật lí Astrophysics, tr.252) - Các biến quang Cepheid, mang tên δ Cepheid Một số biến quang Cepheid co giãn lần số ngày, số biến quang Cepheid co giãn lần năm Từ biến quang Cepheid gần, biết chu kì co giãn có liên quan tới độ trưng (Nguyễn Quang Riệu nhóm tác giả (2007), Thiên văn Vật lí Astrophysics, tr.252) PHÂN LOẠI VÀ ĐẶT ĐIỂM 2.1 Phân loại biến quang theo chu kì Trong thiên hà có hàng triệu biến quang chiếm khoảng 10 phần triệu tổng số thiên hà Chúng chia làm loại nhỏ có đặc trưng tiêu biểu sau : Chu kì biến quang Loại biến quang Thuộc nhóm 100 ÷ 700 Chu kì dài ngày ÷ 50 Biến quang cổ điển ngày Biến quang Virginis W Năm phát Dao động theo R I, II 1595 x I 1784 x Dao động khơng theo R ÷ 45 ngày II x Biến quang Lyrae RR 1,5 ℎ ÷ 24ℎ II x Biến quang Scuti 1÷3h I x x Biến quang thiên vương 𝛽 ÷ 7ℎ I x x x x Biến quang Setizz I 100 ÷ 1000𝑠 1968 Bảng Các loại biến quang theo chu kì Hình 2.1 Sao dày đặc xung quanh ngơi siêu khổng lồ đỏ UY Scuti (ngôi sáng ảnh) nhìn từ Đài quan sát Rutherfurd Đại học Columbia New York, Hoa Kỳ Hình ảnh chụp vào năm 2011 2.2 Phân loại biến quang dựa vào nguyên nhân 2.2.1 Sao biến quang che khuất Chúng thường hệ kép (double stars) hay đôi (Binary stars) Độ sáng khơng thay đổi, q trình chuyển động quanh khối tâm chung chúng có lúc che khuất nhau, dẫn đến quang thông tổng cộng đến Trái Đất (và cấp sao) biến thiên tuần hồn Tiêu biểu Angon chòm Thiên Vương (Cepheus) (β Percei-tiếng Ai Cập nghĩa “ma quỷ”), nhà thiên văn Ai Cập phát từ 1.000 năm trước Ngày nay, người ta phát Angon hệ đôi chuyển động quanh tâm chung với chu kỳ ngày 20 49 phút Hình 2.2 Hệ Algol 2.2.2 Sao biến quang co giãn (Variable- Start) Sao có độ sáng (cấp sao) thực biến đổi cách tuần hoàn vận động vật chất tạo nên: lớp vỏ co nở lắc cầu khổng lồ, làm cho cấp biến thiên tuần hoàn Các thường nằm giải dải kềnh biểu đồ H –R Càng gần dải kềnh chúng có chu kì co nở lớn Tức khối lượng riêng nhỏ, chu kì co nở lớn Người ta xây dựng lí thuyết mô tả co nở này, chưa hiểu rõ nguyên nhân Người ta chia biến quang co giãn làm kiểu: Sao biến quang tuần hoàn, biến quangCepheid RR Lyrae có độ sáng thay đổi cách đặn chu kì xác định, biến quang bán tuần hồn, có độ sáng biến thiên khơng chu kì khơng xác định Sao biến quang kiểu Cepheid có chu kì xác, tỉ lệ thuận với độ trưng, dùng để xác định khoảng cách đến chúng biết chu kì biến quang, xác định khoảng cách đến thiên hà gần (Ví dụ: Năm 2004, phương pháp đo biến quang Cepheid, người ta xác định khoảng cách tới thiên hà Andromeda 2,51 ± 0,13 triệu n.a.s) Sao biến quang δ Cephei chịm Cepheus có chu kỳ xác 5,37 ngày Các kiểu RR Lyrae đặt tên theo tìm thấy chịm Lyra, có chu kỳ ngắn, từ 88 phút đến ngày Đây già, tìm thấy quần cầu Chúng vật thị, cho biết khích thước Ngân hà Các biến quang loại Mira, đặt tên theo Mira Ceti, có chu kì dài ngày Hầu hết chúng lạnh sáng, với độ sáng gấp 3.000 lần Mặt trời Các kiểu Mira có biên độ sáng dao động 10 lần, 1.00 lần Chu kỳ chúng từ 100 đến 500 ngày Hình 2.3 Ngơi nằm vị trí mũi tên bên phải ghi α Betelgeuse Chòm Lạp Hộ Hầu hết khổng lồ lạnh siêu khổng lồ xếp vào loại biến quang bán tuần hồn khơng tuần hồn Độ sáng chúng biến đổi khơng xác định, khơng tuần hồn Sao Betelgeuse, đỏ siêu khổng lồ đánh dấu vai trái thợ săn chòm Lạp hộ (Orion) biến quang khơng tuần hồn với dao động ngẫu nhiên độ sáng, chu kì khoảng năm Tuy nhiên, thay đổi độ sáng nhỏ thấy mắt thường 2.2.3 Sao biến quang đột biến- Sao siêu (Novae – Supernovae) Hiện người ta quan tâm tới biến quang đột ngột hay gọi biến quang kiểu bùng nổ (eruption) Nhóm bao gồm (Novae) siêu (Super Novae) với đặc trưng độ sáng tăng cách đột ngột từ hàng chục đến hàng trăm nghìn lần vài sau từ từ trở độ sáng ban đầu 2.2.3.1 Sao Sao già Khi hệ đơi trở thành lùn trắng cịn giai đoạn bình thường lùn trắng hút vật chất thường Vật chất thường phần lớn Hidro chưa bị đốt Khi bề mặt lùn trắng tích lũy lượng hidro mức phần vạn khối lượng Mặt Trời, xảy phản ứng tổng hợp hidro thành Heli, làm cho lùn trắng sáng bùng lên cách đột ngột gọi bộc phát Còn có định nghĩa khác sao có độ sáng đột ngột tăng lên hàng chục ngàn, trăm ngàn lần vài vài ngày từ từ giảm độ sáng vài tuần, vài tháng vài năm Người ta tưởng xuất bầu trời nên đặt tên (tiếng Latin, nova stella có nghĩa “ngơi mới”) Người ta cho tượng xảy hệ đơi gần nhau, vật chất từ lớn chảy sang lùn trắng để lớp lùn trắng nổ tung, vụ nổ tạo cầu khí giãn nở bao quanh sao, gọi tinh vân hành tinh Thành phần trung bình gồm: 70% Hiđrơ, 28% Hêli, 1,5% Cacbon, Nitơ, Ơxi Nêon, 0,5% nhóm sắt kim loại nặng, 89% Hiđrô, 10% Hêli 1% nguyên tố khác (tuỳ loại sao) 2.2.3.2 Sao siêu Có khoảng 5.000 nhìn thấy mắt thường bầu trời đêm Tuỳ nơi điều kiện quan sát mà số lượng nhìn thấy mắt thường nhiều Hình 2.4 Một ngơi chòm Thiên Nga (Cygnus) đột ngột bùng sáng vào năm 1992 vụ nổ Trong hình này, chụp năm 1993, phần khí giãn nở nhìn thấy vịng sáng bao quanh ngơi Sự bộc phát siêu diễn mãnh liệt nhiều Nó để lại tàn dư vũ trụ với nhiều xạ Synchrotron mà ta cịn quan sát hàng ngàn năm sau *Tinh vân Con cua (Crab Nebula) chứng vụ nổ siêu -Nó có lẽ tinh vân tiếng nhất, mang số hiệu M1 tổng danh mục Messier, nằm chòm Kim Ngưu (Taurus), cách Trái đất 6.300 n.a.s Là tàn dư vụ nổ siêu vào năm 1054 sau Cơng ngun -Tinh vân Con cua chứa khí chết, trải rộng không gian, có hình dạng cua với bề rộng khoảng 10 n.a.s Các nhà thiên văn học đo vận tốc giãn nở tinh vân vào khoảng 1.800 km.s Tinh vân cua xuất chứng dễ nhận thấy bầu trời đêm với cấp biểu kiến 8,2 Nó nhìn thấy qua kính viễn vọng nhỏ đêm tối trời, chiếm bề rộng cung 4-6 phút góc thiên cầu -Năm 1948, tinh vân Con cua thấy nguồn phát xạ vô tuyến mạnh mẽ Năm 1966, nguồn phát xạ tia X mang lượng cao xạ khả kiến 100 lần phát tinh vân Con cua Vào năm 1968, nhà thiên văn học tìm thấy nguồn phát xung vô tuyến, biết đến pulsar trung tâm Pulsar biết đến neutron nặng với đường kính khoảng 30km, quay 30 lần giây nhịp nhàng phát xạ luồng sáng mạnh Các kính thiên văn đại phát kiểu phát xạ vô tuyến từ tinh vân Con cua- luồng sáng đỏ khí tinh vân khuyếch tán, luồng xạ xanh xạ synchrotron, phát bới electron bị bẫy từ trường mạnh Ngôi siêu tạo tinh vân Con cua lần ghi nhận nhà chiêm tinh học người Trung quốc đốm sáng rực rỡ vào sáng ngày 04/07/1054 gian tuần lễ Sao siêu xuất vẽ đá tộc Anasazi-thổ dân da đỏ (từ khoảng 1000 năm trước) vùng Chaco Canyon, New Mexico Arizona Vì lý khoảng cách tinh vân Trái đất, siêu thực chất nổ từ 6.300 năm trước nhìn thấy người Hình 2.5 Tinh vân cua *Vụ nổ siêu SN1987A Đám mây Magellan Lớn chứng vụ nổ siêu nghiên cứu thiết bị quan sát đại Hình 2.6 Đám mây Megellan Sao siêu có loại I II với đặc tính khác Ta hiểu rõ vai trò siêu tiến hóa sao, đặc biệt hiểu chế tạo thành nguyên tố nặng tạo thành loại đặc biệt: Nơtron Các loại siêu mới: Loại I Loại II Nguồn Lùn trắng đơi Sao nặng, trẻ Quang phổ Khơng có vạch hidro Có vạch hidro Độ sáng Địa điểm Sáng loại II 1,5 cấp Trong tất loại thiên Chỉ thiên hà xoắn hà ốc Tốc độ nổ 10000 km/s 5000 km/s Bức xạ vô tuyến Không có Có NGHIÊN CỨU VỀ SAO BIẾN QUANG VÀ Ý NGHĨA Y C Joshi1⋆, Ancy A John1,2, J Maurya1, 3, A Panchal1, 4, Brijesh Kumar1, Santosh Joshi1, (Preprint September 16, 2020) “Variable stars in the field of intermediateage open cluster NGC 559” Ý nghĩa: phân tích tính tuần hồn biến quang tìm 70 loại ngơi biến quang Tác phẩm trình bày khảo sát biến đổi trắc quang dài hạn cụm mở NGC 559 Các quan sát trắc quang theo chuỗi thời gian cụm Nhóm nghiên cứu điều tra liệu để phân tích tính tuần hồn tiết lộ 70 biến bao gồm 67 biến định kỳ trường mục tiêu, tất chúng phát Phân tích thành viên biến định kỳ cho thấy 30 số chúng thuộc cụm 37 lại xác định biến trường Trong số 67 biến định kỳ, 48 biến ngắn (p ngày) Các thay đổi có tính tuần hồn khoảng từ đến 41 ngày độ sáng chúng dao động từ V = 10,9 đến 19,3 mag Các biến định kỳ thuộc cụm sau phân loại thành loại biến đổi khác sở tính chất quan sát hình dạng đường cong ánh sáng, thời kỳ, biên độ, vị trí chúng sơ đồ Hertzsprung-Russell (H-R) Kết là, họ xác định loại Algol làm lu mờ nhị phân, straggler màu xanh có thể, ngơi loại B xung, biến quay, 11 biến không xung, biến FKCOM biến lại đặc trưng biến linh tinh Nhóm nghiên cứu xác định ba ngơi nhị phân Eclipsing (EBS) thuộc dân số ngơi Gói Phoebe sử dụng để phân tích đường cong ánh sáng bốn EB để xác định tham số hệ nhị phân khối lượng, nhiệt độ bán kính Từ khóa: Galaxy - Cụm mở: Cá nhân: NGC 559 - Sao: Biến: Chung - Kỹ thuật: trắc quang - Phương pháp: Phân tích liệu” 10 Ghaziasgar1 Maryam Torki1, Mahdieh Navabi1, Atefeh Javadi1, Elham Saremi1, Jacco Th van Loon2 and Sepideh, (25 April, 2022) “From evolved Long-Period-Variable stars to the evolution of M31” Ý nghĩa: dựa vào biến quang để ước tính SFH thiên hà Andromeda (M31) Một cách để hiểu nguồn gốc tiến hóa vũ trụ biết thiên hà hình thành phát triển Về vấn đề này, nghiên cứu lịch sử hình thành (SFH) đóng vai trị quan trọng hiểu biết xác thiên hà Trong báo này, nhóm nghiên cứu sử dụng biến dài (LPV) để ước tính SFH thiên hà Andromeda (M31) Những ngơi mát mẻ đạt đến độ sáng cực đại giai đoạn cuối tiến hóa nó; Khối lượng sinh có liên quan trực tiếp đến độ sáng chúng Do đó, nhóm nghiên cứu xây dựng chức khối lượng lịch sử hình thành mơ hình tiến hóa Từ khóa sao: AGB sau AGB - sao: hàm độ sáng, hàm khối lượng - thiên hà: tiến hóa - thiên hà: hình thành - thiên hà: cá thể: M31 - thiên hà: hàm lượng - thiên hà: cấu trúc 11 KẾT LUẬN Như biến quang có biến quang hình học hay kết hợp với biến quang vật lý Chẳng hạn, nhiều lùn đỏ biến quang vết đồng thời thuộc kiều phổ biến biến quang vật lý bùng nổ Các vụ nổ giống vài dạng vụ nổ Mặt Trời, có điều mạnh nhiều Đôi thời gian bùng nổ kéo dài vài phút, độ sáng đột ngột tăng lên vài cấp (Hãy nhớ khác biệt cấp tương ứng với chênh lệch độ rọi khoảng 2,5 lần) Bạn thử hình dung xem điều xảy vụ nổ Mặt trời làm cho lượng ánh sáng rọi xuống Trái Đất tăng gấp lần Các mà độ sáng thay đổi tượng vi thấu kính hóa bị hành tinh nhỏ hệ Mặt Trời làm che khuất, tức tượng khơng liên quan đến q trình thân ngơi khơng gọi biến quang Qua tiểu luận hiểu số kiến thức biến quang Tuy nhiên phần nhỏ, nhiều kiến thức Thiên Văn khác mà nên tìm hiểu.Với kiến thức cịn hạn chế, nên khơng thể tránh khỏi sai sót q trình tìm hiểu, mong đóng góp ý kiến thầy bạn để đề tài hoàn thiện 12 TÀI LIỆU THAM KHẢO Donat G Wentzel, Nguyễn Quang Riệu, Phạm Viết Trinh, Nguyễn Đình Nỗn, Nguyễn Đình Hn (2007), “Thiên văn Vật lí Astrophysics”, Nhà xuất Giáo dục https://khoahocphattrien.vn/kham-pha/so-phan-cua-nuoc-ngot-trong-the-ky21/202209220330452p1c879.htm Y C Joshi1⋆, Ancy A John1,2, J Maurya1, 3, A Panchal1, 4, Brijesh Kumar1, Santosh Joshi1, (Preprint September 16, 2020) “Variable stars in the field of intermediate-age open cluster NGC 559”, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 499, Issue 1, November 2020, Pages 618–630 Nguồn: https://doi.org/10.1093/mnras/staa2881 Ghaziasgar1 Maryam Torki1, Mahdieh Navabi1, Atefeh Javadi1, Elham Saremi1, Jacco Th van Loon2 and Sepideh, (25 April, 2022) “From evolved Long-PeriodVariable stars to the evolution of M31 Nguồn: https://arxiv.org/pdf/2204.11530.pdf 13