Khóa luận tốt nghiệp đại học: Tìm hiểu về sự tiến hóa và phân loại sao

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI ====== NGUYỄN THỊ THÚY TÌM HIỂU VỀ SỰ TIẾN HÓA VÀ PHÂN LOẠI SAO KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HÀ NỘI, 2018 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI KHOA VẬT LÝ ====== NGUYỄN THỊ THÚY TÌM HIỂU VỀ SỰ TIẾN HĨA VÀ PHÂN LOẠI SAO Chuyên ngành: Vật lý đại cương KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Người hướng dẫn khoa học TS NGUYỄN HỮU TÌNH HÀ NỘI - 2018 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Nguyễn Hữu Tình người giúp đỡ định hướng nghiên cứu, cung cấp cho em tài liệu quý báu, tận tình hướng dẫn, bảo, tạo điều kiện tốt q trình hồn thành khoá luận tốt nghiệp Em xin cảm ơn quý thầy khoa Vật lý tận tình giúp đỡ em suốt trình học tập, rèn luyện làm khóa luận Em xin cảm ơn tới bạn sinh viên giúp đỡ, cổ vũ động viên em suốt q trình học tập hồn thành khóa luận Em mong nhận đóng góp ý kiến q thầy bạn để khóa luận hồn chỉnh Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 09 tháng 05 năm 2018 Sinh Viên Nguyễn Thị Thúy LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan kết nghiên cứu khố luận hồn tồn trung thực chưa cơng bố nơi khác, nguồn tài liệu tham khảo trích dẫn cách rõ ràng Hà Nội, ngày 09 tháng 05 năm 2018 Sinh Viên Nguyễn Thị Thúy MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Lí chọn đề tài Mục đích nghiên cứu đề tài Đối tượng nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu NỘI DUNG CHƯƠNG 1: SAO VÀ NHỮNG ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA SAO 1.1 Sao gì? 1.2 Các đặc trưng 1.2.1 Cấp nhìn thấy (m) 1.2.2 Cấp tuyệt đối (M) 1.2.3 Xác định khoảng cách đến 1.2.4 Công suất xạ, độ trưng 1.2.5 Xác định kích thước 1.2.6 Xác định khối lượng 1.2.7 Nhiệt độ quang cầu 1.2.8 Thành phần nguyên tố hóa học vật chất cấu tạo nên CHƯƠNG 2: PHÂN LOẠI SAO 11 2.1 Phân loại theo quang phổ 11 2.1.1 Phân loại theo quang phổ Morgan – Keenan 11 2.1.2 Phân loại theo dạng quang phổ bổ sung 16 2.1.3 Phân loại theo quang phổ Yerkes 18 2.2 Sao biến quang 19 2.2.1 Sao biến quang che khuất 19 2.2.2 Sao biến quang co giãn 20 2.2.3 Biến quang đột biến 21 CHƯƠNG 3: SỰ TIẾN HÓA CỦA CÁC SAO 23 3.1 Các giai đoạn q trình tiến hóa 23 3.1.1 Giai đoạn tiền 24 3.1.2 Giai đoạn ổn định 26 3.1.3 Giai đoạn kết thúc – giai đoạn khổng lồ đỏ, siêu khổng lồ đỏ 30 3.2 Sự phát đặc tính vật lý tàn dư suy biến 31 3.2.1 Sao khổng lồ đỏ (Red Giant) 31 3.2.2 Sao lùn trắng (White Dwarf) 33 3.2.3 Sao lùn đen (Black Dwarf) 34 3.2.4 Sao Nơtrôn (Neutron Star) 35 3.2.5 Hố đen (Black Hole) 41 CHƯƠNG 4: MỘT SỐ BÀI TẬP VẬN DỤNG 44 KẾT LUẬN 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO 48 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Cấp nhìn thấy số thiên thể Bảng 3.1 Một số ví dụ mối liên quan thời gian tồn dãy khối lượng 27 DANH MỤC HÌNH Hình 2.1: Minh họa thứ tự phân loại M-K-G-F-A-B-O 12 Hình 2.2: Siêu xanh Zeta Orionis phía dưới, bên phải, cạnh Flame Nebula 12 Hình 2.3: Siêu xanh Zeta Puppis, lớp O5Ia 13 Hình 2.4: Siêu khổng lồ xanh lớp B, Rigel 13 Hình 2.5: Một số thuộc lớp A 14 Hình 2.6: Một số thuộc lớp F 14 Hình 2.7: Hình ảnh minh họa lớp G 15 Hình 2.8: Một số thuộc lớp K 15 Hình 2.9: Một số thuộc lớp M 16 Hình 3.1: Phản ứng proton-proton, nguồn lượng Mặt Trời 27 Hình 3.2: Chu trình CNO, nguồn lượng nặng 1,5 M e 28 Hình 3.3: Biểu đồ Hertzsprung-Russell 29 Hình 3.4: Quá trình “3 hạt 𝜶” –C 30 Hình 4.1: Sao chức nữ 44 Hình 4.2: Hình ảnh Thiên Lang 46 MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Thiên văn học môn khoa học đời sớm lịch sử loài người Những dấu vết khởi đầu ngành thiên văn có từ thời tiền sử Qua quan sát chuyển động biểu kiến Mặt trời, Mặt trăng, người tìm thời điểm thay đổi thời tiết Vào cuối thời đại đồ đá (thiên niên kỷ 4-3 TCN), văn minh cổ đại, quan sát bầu trời công việc quan trọng giới tăng lữ Trước người học cách định vị Trái đất sáng tạo môn địa lý học, họ quan sát bầu trời sản sinh mơ hình Việc phát minh kính thiên văn kỉ XVII dẫn tới phát Thiên hà hay gọi dải Ngân hà, chứa vô số Việc phát tinh vân Ngân hà giãn nở vũ trụ đầu kỉ XX mở kỉ nguyên của thiên văn học đại Trong thập kỷ qua chứng kiến hiểu biết vũ trụ phát hiện: Các nhà thiên văn quan sát phát xạ hồng ngoại xa, cực tím, tia X tia gama từ vũ trụ, việc phát phân tử hành tinh hệ mặt trời bước việc tìm kiếm sống hành tinh khác Nhu cầu khám phá Vũ trụ nhu cầu có từ lâu đời từ người bắt đầu xuất Sao vật thể phổ biến vũ trụ Nó cầu khí khổng lồ nóng sáng, nơi vật chất tồn dạng plasma lò phản ứng hạt nhân tỏa lượng vô lớn Mặt trời gần nhất, đồng thời chi phối sống nhiều Do nóng sáng xa nên tiếp xúc trược tiếp với sao, mà nghiên cứu chúng thơng qua thơng tin xạ điện từ Việc mô tả dựa số liệu quan sát, quan trắc lập mơ hình vật lý sau kiểm chứng lại xem mơ hình có thích hợp với số liệu quan sát hay không Ngay Mặt trời mơ hình nhiều vấn đề chưa giải Để nghiên cứu ta cần phải nghiên cứu nhiều vật lý cổ điển vật lý đại Do để tìm hiểu rõ em xin làm đề tài: “Tìm hiểu tiến hóa phân loại sao” Mục đích nghiên cứu đề tài Nghiên cứu tiến hóa tìm hiểu, phân loại Đối tượng nghiên cứu Các sao, hình thành phát triển Phương pháp nghiên cứu Đọc, tra cứu tổng hợp tài liệu có liên quan Tai lieu Luan van Luan an Do an Dwarf) – lặng lẽ vũ trụ Tuy nhiên, với tuổi vũ trụ vào khoảng 15 tỷ năm, chí lùn trắng già cịn xạ với nhiệt độ vài nghìn K Vì ta thấy vũ trụ chưa tồn đủ lâu để lùn trắng nguội đến mức trở thành lùn đen 3.2.3 Sao lùn đen (Black Dwarf) Sao lùn đen loại đặc giả thiết, mà cụ thể lùn trắng nguội đến mức khơng cịn phát đáng kể xạ nhiệt ánh sáng Bởi thời gian cần thiết để lùn trắng đạt tới trạng thái tính tốn lâu tuổi vũ trụ (13,8 tỷ năm), khơng có lùn đen cho tồn Vũ trụ, nhiệt độ lùn trắng lạnh giới hạn quan sát tuổi vũ trụ Thuật ngữ "sao lùn đen" sử dụng cho vật thể (substellar object) mà khơng có đủ khối lượng, xấp xỉ nhỏ 0,08 khối lượng Mặt Trời, để nhiệt phản ứng tổng hợp hạt nhân hiđrô bên Các vật thể gọi chung lùn nâu, thuật ngữ nêu từ thập niên 1970 Không nên nhầm lẫn lùn đen với lỗ đen, đen (black star, vật thể có tính chất tương tự lỗ đen miêu tả lý thuyết khác thuyết tương đối rộng), nơtrơn Sự hình thành Sao lùn trắng thiên thể cịn lại giai đoạn cuối q trình tiến hóa sao dãy khối lượng trung bình (xẩp xỉ hay 10 khối lượng Mặt Trời (M☉)) sau đẩy hết khơng cịn nhiên liệu ngun tố tham gia phản ứng tổng hợp hạt nhân giúp tạo đủ nhiệt để trì phản ứng Phần lại khối cầu đặc chứa vật chất thối hóa electron mà lạnh chậm dần thơng qua xạ nhiệt, mà cuối trở thành lùn đen Nếu lùn đen có tồn tại, chúng khó quan sát 34 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn Tai lieu Luan van Luan an Do an được, vì, theo định nghĩa, thiên thể phát xạ Mặc dù vậy, xác định tồn thông qua ảnh hưởng trường hấp dẫn chúng Nhiều lùn trắng có nhiệt độ giảm xuống đến 3900 K (quang phổ M0) phát nhà thiên văn sử dụng kính thiên văn 2,4m đài quan sát MDM năm 2012 Ước tính độ tuổi chúng vào khoảng 11 đến 12 tỷ năm Bởi tiến hóa tương lai xa phụ thuộc vào điều kiện vật lý mà hiểu ít, chất vật chất tối khả tồn tượng proton phân rã, người ta chưa biết xác lùn trắng lạnh đến mức trở thành lùn đen Barrow Tipler ước tính cần tới 1015 năm để lùn trắng có nhiệt độ bề mặt đạt tới K; nhiên, tồn hạt khối lượng lớn tương tác yếu (WIMP), có trường hợp tương tác với hạt làm cho lùn trắng giữ nhiệt lượng cao mà phải cần tới xấp xỉ 1025 năm lạnh Nếu proton không bền, lùn trắng giữ nhiệt trao đổi lượng từ trình proton phân rã Với giả thiết thời gian sống proton 1037 năm, Adams Laughlin tính tốn proton phân rã làm tăng nhiệt độ bề mặt hữu hiệu lùn trắng già khối lượng khối lượng Mặt Trời lên xấp xỉ 0,06 K Mặc dù lạnh, cho cịn nóng nhiệt độ xạ vi sóng vũ trụ 1037 năm tương lai 3.2.4 Sao Nơtrôn (Neutron Star) Lịch sử nghiên cứu Năm 1933, Walter Baade Fritz Zwicky đưa giả thuyết tồn nơtrôn năm sau Chadwick khám phá nơtrơn Trong tìm cách giải thích nguồn gốc siêu tân tinh, họ cho nơtrơn hình thành siêu tân tinh 35 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn Tai lieu Luan van Luan an Do an Năm 1967, Jocelyn Bell Anthony Hewish khám phá xung radio từ pulsar, sau coi phát từ nơtrôn biệt lập, quay Nguồn lượng lượng quay nơtrôn Đa số neutron biết tới dạng Năm 1971, Riccardo Giacconi, Herbert Gursky, Ed Kellogg, R Levinson, E Schreier H Tananbaum khám phá xung 4,8 giây nguồn tia X chòm Centaurus (Cen X-3) Họ cho xuất phát từ ngơi nơtrơn nóng quay quỹ đạo quanh ngơi khác Nguồn lượng lượng hấp dẫn có nhờ số lượng khí rơi vào bề mặt nơtrôn Sự tồn nơtrôn công nhận, nhà thiên văn học ghi nhận ngày nhiều tín hiệu từ Đặc điểm giả thuyết hình thành Sao nơtron ngơi có khối lượng lớn - khối lượng phần lõi co lại lớn 1,4 lần khối lượng Mặt Trời Một nơtrôn thông thường có khối lượng từ 1,35 đến 2,1 lần khối lượng Mặt Trời, lớn khối lượng lùn trắng nhỏ khối lượng hố đen Đường kính nơtrôn cỡ vài kilômet Khối lượng riêng nằm khoảngtừ 3,7.1017 đến 5,9.1017 kg/m3, lớn khối lượng riêng hạt nhân nguyên tử (3.1017 kg/m3) Các nơtrôn có đặc điểm chung quay nhanh sau hình thành Chúng giữ lại phần lớn mơ men động lượng ban đầu, theo định luật bảo tồn mơmen động lượng, có bán kính phần nhỏ so với bán kính ban đầu Mơ men qn tính khối lượng khơng đổi làm cho tốc độ quay tăng lên giá trị lớn; giống người trượt băng thu tay chân lại, tốc độ quay chậm ban đầu lõi 36 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn Tai lieu Luan van Luan an Do an tăng dần lên co lại Một ngơi nơtrơn đời quay vòng khoảng từ 1/700 giây 30 giây Cùng với thời gian, nơtrôn dần quay chậm lại từ trường quay chúng phát lượng; ngơi nơtrơn già phải tới nhiều giây cho vòng quay Tỷ lệ giảm tốc độ quay nơtrôn thường liên tục nhỏ: tỷ lệ quan sát thấy khoảng 10−10 10−21 giây cho vịng quay Nói theo cách khác, tỷ lệ giảm tiêu biểu 10−15 giây vịng, có nghĩa nơtrôn quay với tốc độ giây quay với tốc độ 1,000003 sau kỷ hay 1,03 giây sau triệu năm Thỉnh thoảng ngơi nơtrơn trải qua tình trạng quay không đều, thường tăng tốc độ quay nhanh chóng bất ngờ Các đợt quay khơng cho chấn động, thay đổi đột ngột mơmen qn tính sao, đứt gãy liên kết lớp siêu lỏng bên lớn vỏ cứng bên ngồi Các nơtrơn thường có từ trường khoảng 1012 lần lớn từ trường Trái Đất Cấu trúc Những hiểu biết cấu trúc nơtrôn xác định mô hình tốn học biết, tất nhiên cần sửa đổi thêm Dựa mơ hình tại, vật chất bề mặt nơtrôn gồm hạt nhân nguyên tử thông thường electron "Khí quyển" dày gần mét, bên lớp "vỏ cứng", có giả thuyết cho độ cứng gấp 10 tỷ lần so với thép thông thường Tiếp tục sâu vào trong, có ngun tử với số lượng nơtrơn ngày tăng; nguyên tử đó, Trái Đất nhanh chóng phân rã, giữ ổn định áp suất cực lớn Sâu bên trong, tới điểm gọi đường thoát 37 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn Tai lieu Luan van Luan an Do an nơtrôn nơi nơtrơn tự ngồi ngun tử Tại vùng có nguyên tử, electron tự nơtrôn tự Nguyên tử ngày nhỏ thêm lõi, theo định nghĩa điểm nơi chúng hoàn toàn biến Trạng thái tự nhiên vật chất siêu đặc lõi chưa hiểu rõ Vật chất lõi nơtrơn hỗn hợp siêu lỏng neutron với proton electron, hay kết hợp với hạt lượng cao pion kaon, hay hỗn hợp vật chất lạ với hạt quark nặng quark quark dưới, hay vật chất quark không biến thành hadron Tuy nhiên, quan sát chưa chứng minh kiểu vật chất thực diện Đặc điểm riêng phân loại Các nơtrơn có đặc điểm riêng mang tên gọi theo đặc điểm chúng Pulsar Các nơtrơn phát xung xạ điện từ tăng tốc hạt gần cực từ trường, cực không trùng với trục quay Thông qua cấu mà cịn chưa hiểu rõ, hạt tạo chùm xạ radio đồng pha Người quan sát từ bên ngồi thấy chùm tia lướt qua xung cực từ trường quét qua đường quan sát Các xung có chu kỳ với chu kỳ quay Các nơtrôn phát xung gọi pulsar Khi pulsar lần phát hiện, tỷ lệ phát xung radio nhanh (khoảng giây, điều bất thường thiên văn học thập kỷ 1960) coi cách nghiêm túc tạo văn minh Trái Đất, sau gọi đùa LGM-1, viết tắt chữ tiếng Anh "Little Green Men" ("Người Xanh Nhỏ", hình dạng người ngồi Trái Đất số truyện khoa học viễn tưởng) Sự phát thêm nhiều pulsar trải khắp bầu trời với chu kỳ quay khác nhanh 38 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn Tai lieu Luan van Luan an Do an chóng bác bỏ giả thuyết Việc phát pulsar nằm tàn dư siêu tân tinh Vela, nhanh chóng tiếp nối khám phá sâu pulsar cung cấp lượng cho Tinh vân Cua, tạo tranh cãi việc giải thích nơtrơn Sao từ Ngồi loại trên, cịn có loại neutron có từ trường cực mạnh gọi từ Chúng có từ trường khoảng 100 gigatesla, đủ mạnh để quét liệu thẻ tín dụng từ khoảng cách nửa khoảng cách từ Trái Đất đến Mặt Trăng Để so sánh, từ trường tự nhiên Trái Đất khoảng 60 microtesla Một nam châm đất sử dụng neodym có từ trường khoảng tesla, đa số thiết bị lưu trữ liệu dùng vật liệu có từ tính bị xóa với khoảng vài militesla Các từ gây vụ nổ bùng tia X Khoảng lần thập kỷ, từ thiên hà tạo lóe bùng tia gamma lớn Các từ có chu kỳ quay dài, thường từ đến 12 giây, từ trường mạnh chúng khiến tốc độ quay chậm lại Một số từ quan sát nguồn xung gamma mềm Các từ thường có đường kính khoảng 20 km Tuy nhiên, chúng có khối lượng gấp nhiều lần Mặt Trời Sao từ có mật độ đặc, tuổi thọ từ ngắn Từ trường mạnh chúng suy yếu dần vòng 10.000 năm Người ta ước tính Ngân Hà có khoảng 30 triệu từ chết Sao quack Một quark hình thành từ nơtrơn thơng qua q trình giải phóng quark Q trình tạo thành quark Ngơi tạo thành có quark tự lịng Q trình giải 39 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn Tai lieu Luan van Luan an Do an phóng sinh lượng lớn, kèm theo vụ nổ phóng xạ gamma để tạo thành quark Nếu xét khối lượng mật độ vật chất, quark xếp nơtrôn hố đen (hay lỗ đen) Nếu thêm lượng đủ lượng vật chất vào đó, co lại thành hố đen Các nơtrơn phải có khối lượng 5-8 lần khối lượng mặt trời với tốc độ tự quay nhanh Sao loại chiếm 1% số lượng nơtrôn dự kiến Phép ngoại suy từ chứng tỏ khơng thể hình thành q quark ngày Theo nghiên cứu lý thuyết, quark không phát xạ vô tuyến, đó, nơtrơn khơng phát xạ vơ tuyến quark Sao lạ Sao lạ loại hình thành từ vật chất lạ Trên lý thuyết, vật chất suy biến trạng thái siêu đặc, tạo thành bên nơtrôn cực lớn Khi vật chất cấu tạo nên nơtrôn bị nén áp suất đủ cao trọng lượng nó, nơtrơn bị vỡ tành quark Một sơ quark tiếp tục chuyển hóa thành quark lạ hình thành nên vật chất lạ Ngôi trở thành lạ Sao preon Theo lý thuyết Preon cấu tạo quark lepton Nó có khối lượng riêng cao cỡ 1027 g/cm3 - trung bình quark hố đen, kích thước vào cỡ vài chục cm Một Preon khối lượng cỡ Trái Đất có kích thước bóng tennis, phát qua hiệu ứng thấu kính hấp dẫn xạ gamma Các đặc trưng Preon nghiên cứu thông qua lý thuyết chất tối Sao 40 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn Tai lieu Luan van Luan an Do an Preon hình thành từ vụ nổ siêu từ Bigbang 3.2.5 Hố đen (Black Hole) Hố đen (lỗ đen hốc đen) vùng không - thời gian mà trường hấp dẫn ngăn cản thứ, bao gồm ánh sáng khơng thể Thuyết tương đối rộng tiên đoán lượng vật chất với khối lượng đủ lớn nằm phạm vi đủ nhỏ làm biến dạng không thời gian để trở thành lỗ đen Xung quanh lỗ đen mặt xác định phương trình tốn học gọi chân trời kiện, mà vật chất vượt qua khơng thể ngồi hố đen Hố đen gọi "đen" hấp thụ xạ vật chất hút qua chân trời kiện, giống vật đen tuyệt đối nhiệt động lực học; khơng phải loại "lỗ" hay "hố" mà vùng không thời gian khơng thứ Lý thuyết trường lượng tử khơng thời gian cong tiên đốn chân trời kiện hố đen có phát xạ giống vật đen có nhiệt độ định phát xạ nhiệt Nhiệt độ tỉ lệ nghịch với khối lượng lỗ đen, khiến cho khó quan sát xạ lỗ đen có khối lượng hay trung bình Trong kỷ 18, John Michell Pierre-Simon Laplace xét đến vật thể có trường hấp dẫn mạnh mơ tả học cổ điển khiến cho ánh sáng khơng thể Lý thuyết đại đặc điểm lỗ đen nêu Karl Schwarzschild năm 1916 ơng tìm nghiệm xác cho phương trình trường Einstein, ý nghĩa vật lý cách giải thích vùng khơng thời gian mà khơng thứ David Finkelstein nêu vào năm 1958 Trong thời gian dài, nhà vật lý coi nghiệm Schwarzschild miêu tả toán học túy Cho đến thập niên 1960, nghiên cứu lý thuyết lỗ đen hình thành theo tiên đốn chặt chẽ thuyết tương đối tổng quát Khi nhà thiên văn phát 41 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn Tai lieu Luan van Luan an Do an nơtrôn, pulsar Cygnus X-1 - hố đen hệ đơi, tiên đốn q trình suy sụp hấp dẫn trở thành thực, khái niệm lỗ đen với thiên thể đặc chuyển thành lý thuyết miêu tả thực thể đặc biệt vũ trụ Theo lý thuyết, hố đen khối lượng hình thành từ suy sụp hấp dẫn có khối lượng lớn giai đoạn cuối q trình tiến hóa Sau hình thành, chúng tiếp tục thu hút vật chất từ môi trường xung quanh, khối lượng tăng dần lên theo thời gian Cùng với q trình hịa trộn sáp nhập hai hay nhiều hố đen mà tồn hố đen khổng lồ với khối lượng từ vài triệu hàng chục tỷ lần khối lượng Mặt Trời Các dự án khảo sát cho thấy đa phần trung tâm thiên hà lớn tồn hố đen khổng lồ Mặc dù theo định nghĩa vật thể đen hồn tồn hay vơ hình, tồn lỗ đen suy đốn thơng qua tương tác với mơi trường vật chất xung quanh xạ ánh sáng Vật chất rơi vào hố đen hình thành lên vùng bồi tụ, vật chất va chạm ma sát với nhau, trở thành trạng thái plasma phát xạ cường độ lớn; khiến môi trường bao quanh lỗ đen trở thành vật thể sáng vũ trụ Nếu có ngơi quay quanh hố đen, hình dáng chu kỳ quỹ đạo cho phép nhà thiên văn tính khối lượng hố đen khoảng cách đến Những liệu giúp họ phân biệt thiên thể đặc hố đen hay nơtrôn Theo cách này, nhiều hố đen phát nằm hệ đơi, trung tâm Ngân Hà có lỗ đen khổng lồ với khối lượng xấp xỉ 4,3 triệu lần khối lượng Mặt Trời Lý thuyết hố đen, nơi có trường hấp dẫn mạnh tập trung vùng không thời gian nhỏ, số lý thuyết cần tổng hợp thuyết tương đối tổng quát miêu tả lực hấp dẫn với Mô hình chuẩn học 42 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn Tai lieu Luan van Luan an Do an lượng tử Và nay, nhà lý thuyết đường xây dựng thuyết hấp dẫn lượng tử để miêu tả vùng kì dị trung tâm hố đen 43 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn Tai lieu Luan van Luan an Do an CHƯƠNG 4: MỘT SỐ BÀI TẬP VẬN DỤNG Bài 1: Tính bán kính 𝛽 chịm Nhân Mã theo bán kính Mặt Trời Biết cấp tuyệt đối nhiệt độ 𝛽 Mặt Trời tương ứng là: M = -5; T = 21 000K; M0 = 4,8; T0 = 5800K Lời giải: Áp dụng cơng thức tính độ trưng L ta có: W R 2T L= = W0 R 2T0 Suy ra, bán kính 𝛽 chịm Nhân Mã là: T  R = L   R = 2,512M0 −m R T Thay số ta được: R = 2,512  4,8−( −5)   5800    R  6,958R  21000  Vậy R ≈ 6,958𝑅0 Bài 2: Sao Chức Nữ có cấp nhìn thấy m = 0,04 Biết cách ta pc Hỏi cấp tuyệt đối bao nhiêu? Lời giải: Hình 4.1: Sao chức nữ 44 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn Tai lieu Luan van Luan an Do an Cấp tuyệt đối Chức Nữ là: M = m + – 5lgd = 0,04 + – 5lg8 = 0,525 Bài 3: Một ngơi có khối lượng gấp lần khối lượng Mặt Trời Nếu suy sụp trở thành hố đen bán kính Schwarzschild thiên thể bao nhiêu? Lời giải: Bán kính Schwarzschild hay bán kính hấp dẫn RSch, vật thể bán kính giới hạn mà kích thước vật thể nhỏ giá trị trở thành hố đen (lực hấp dẫn lớn tới mức vận tốc vũ trụ cấp hai vật thể đạt tới ngưỡng vận tốc ánh sáng) Bán kính Schwarzschild vật thể khối lượng M cho công thức sau: R Sch = 2GM c2 Trong RSch bán kính hấp dẫn Schwarzschild, tính km G số hấp dẫn (6.6742×10-11 m3 kg-1 s-2) M khối lượng vật thể, tính kg c vận tốc ánh sáng chân không (300.000 km/s) Áp dụng vào ta có bán kính Schwarzschild thiên thể là: R Sch 2GM 10GM0 10.6,67408.10−11.1,99.1030 = = = c c2 ( 3.108 ) = 14757(m) = 14,757(km) Vậy bán kính Schwarzschild thiên thể RSch = 14,757 (km) Bài 4: Sao Thiên Lang cách xa 2,67pc, giả sử vận tốc tia nhìn khơng đổi 8km/s (có hướng tới chúng ta) sau năm độ sáng tăng lên lần? 45 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn Tai lieu Luan van Luan an Do an Lời giải Hình 4.2: Hình ảnh Thiên Lang Do độ sáng hay độ rọi tỉ lệ nghịch với khoảng cách Coi lượng hay công suất xạ không đổi Theo ta có: E  d1  d =   =  d2 = E1  d  Quãng đường là: S = d1 − d = d1 − d1 − = d1 2 2−  13 13 =  2,67.3,08568.10 = 2,413.10 (km)   Suy ra: t = s 2,413.1013 = = 3,01625.1012 (s)  95581 năm v Vậy sau 95581 năm độ sáng Thiên Lang tăng lên lần 46 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn Tai lieu Luan van Luan an Do an KẾT LUẬN Đề tài: “Tìm hiểu tiến hóa phân loại sao” trình bày: - Lý thuyết đặc trưng - Đi sâu nghiên cứu phân loại - Đề tài trình bày tiến hóa sao: nghiên cứu giai đoạn q trình tiến hóa sao, phát đặc tính vật lý tàn dư suy biến - Từ vận dụng giải số tập sao: xác định cấp tuyệt đối, tính độ rọi hay tính bán kính Trong q trình nghiên cứu cịn nhiều hạn chế nên khơng tránh khỏi sai sót mong nhận góp ý thầy bạn 47 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn Tai lieu Luan van Luan an Do an Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn