Khảo sát một số đặc tính của đĩa bụi xung quanh các ngôi sao lùn có kiểu phổ m trễ trong những nhóm sao trẻ lân cận mặt trời

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ TRẦN NGỌC QUANG KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP KHẢO SÁT MỘT SỐ ĐẶC TÍNH CỦA ĐĨA BỤI XUNG QUANH CÁC NGÔI SAO LÙN CÓ KIỂU PHỔ M-TRỄ TRONG NHỮNG NHÓM SAO TRẺ LÂN CẬN MẶT TRỜI Chuyên ngành: Sư phạm Vật lý Cán hướng dẫn: ThS Nguyễn Thành Đạt TP Hồ Chí Minh năm 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ KHẢO SÁT MỘT SỐ ĐẶC TÍNH CỦA ĐĨA BỤI XUNG QUANH CÁC NGƠI SAO LÙN CĨ KIỂU PHỔ M-TRỄ TRONG NHỮNG NHÓM SAO TRẺ LÂN CẬN MẶT TRỜI Người thực hiện: Trần Ngọc Quang Người hướng dẫn khoa học: ThS Nguyễn Thành Đạt Người hướng dẫn Chủ tịch hội đồng ThS Nguyễn Thành Đạt TS Cao Thị Sông Hương TP Hồ Chí Minh năm 2021 i LỜI CẢM ƠN Từ ngày đầu thực hiện đến hoàn thành khóa luận, đó trình cố gắng học tập trưởng thành lên ngày của thân tơi Trong q trình đó, thầy cơ, gia đình, bạn bè giúp đỡ, hỗ trợ động viên tơi nhiều Vì vậy, xin cho phép tơi bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến: - Thầy ThS Nguyễn Thành Đạt (Giảng viên khoa Vật lí – Trường Đại học Sư phạm Tp Hồ Chí Minh), giảng viên trực tiếp hướng dẫn, hỗ trợ, dìu dắt thực hiện khóa luận Thầy Nguyễn Thành Đạt với kinh nghiệm, sự nhiệt huyết lòng yêu nghề của - truyền đạt tận tình cho tơi kiến thức chuyên môn, kĩ mềm kĩ cứng,… - Quý thầy cô giảng viên khoa Vật Lí Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh dạy dỗ, truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm, sự nhiệt huyết với nghề cho em suốt trình học tập trường Hơn bao giờ hết, tơi cảm nhận sự quan tâm, dạy dỗ ân cần tận tâm từ thầy cô Xin chân thành cảm ơn Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 03 tháng 05 năm 2021 Sinh viên Trần Ngọc Quang ii DANH MỤC CÁC BẢNG Số thứ tự Bảng Bảng 2.3 Bảng 3.1 Bảng 4.1 Bảng 4.2 Nội dung Danh sách số nhóm trẻ vùng lân cận mặt trời bao gồm tính chất vật lí khoảng cách độ t̉i trung bình Xác suất thuộc nhóm trẻ của mười lùn có kiểu phổ M- trễ Hệ số xạ của ứng viên có hiện tượng xạ dư hờng ngoại Trang 14-15 21 25 Phát hiện vạch lithium bước sóng 6708 𝐴̇ của 30 vật thể iii DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Số thứ tự Hình Nợi dung Trang Hình 1.1 Sao lùn nâu so với thông thường hành tinh Hình 1.2 Hình 1.3 Nhiệt độ ước tính của SLN có kiểu phổ từ Y, T, L, M Các dãy chính xếp từ O đến M Hình 1.4 5 Hình 1.5 Vùng phổ hồng ngoại gần (NIR) của lùn nâu kiểu M, L, T Mộc tinh Các giai đoạn hình thành lùn nâu Hình 2.1 11 Hình 2.2 Hình 2.3 Hình 2.4 10 Hình 3.1 11 Hình 3.2 12 Hình 4.1 13 Hình 4.2 14 Hình 4.3 Sự phát triển của đĩa tiền hành tinh Đĩa tiền hành tinh có nhiều vòng đời hầu hết phần khí bụi đĩa mặt trời năm sau triệu năm Khối lượng bụi đĩa tiền hành tinh đĩa tàn dư xung quanh có kiểu phổ từ A,F,G,K M Bầu trời phân bố trẻ Hầu hết thành viên trẻ nằm Nam bán cầu, với số trường hợp ngoại lệ (UMA, CBER, PLE, HYA, TAU, 118TAU) Hai mơ hình phân bố phở theo lượng của vật thể GJ 182 GJ 803 Giao diện tính tốn xác suất nhóm của cơng cụ trực tuyến BANYAN Σ Phân tích hình ảnh băng WISE bằng phần mềm SAO Image DS9 Mơ tả mơ hình phân bố phở lượng hình ảnh từ WISE băng W3, W4 của lùn kiểu M-trễ có xạ dư hờng ngoại Mơ hình phân bố phở lượng gờm phở của phổ của xạ từ đĩa cho sáu lùn có xạ dư hồng ngoại Giản đồ cấp tuyệt đối băng J-DENIS theo hệ số I – J cho sáu lùn kiểu phổ M-trễ Các đường biểu diễn khối lượng độ tuổi vẽ dựa mơ hình khí của CIFIST2011 BT-Settl 13 14 17-18 20 24 26-27 29 31 iv DANH MỤC CÁC HẰNG SỐ VÀ ĐƠN VỊ  Các hằng số h: hằng số Planck, h = 6,626.10-34 J.s c: tốc độ ánh sáng chân không, c = 3.108 m/s k B : hằng số Boltzmann, k B =1,38.10-23J/K  Các đơn vị M J : khối lượng Mộc tinh, M J =1,899.1027 kg M : khối lượng Mặt trời, M =1,989.1030 kg pc: viết tắt của parsec, pc=3,086.1016 m AU: viết tắt của đơn vị thiên văn, AU = 1,496.108 m L : độ trưng của Mặt trời, L  3,846.1026 W erg: đơn vị đo lượng công học hệ đơn vị CGS, erg=10-7 J R : bán kính của Mặt trời, R  6,96.108 m R J : bán kính của Mộc tinh, R J = 6,99.107 m km Jy: viết tắt của Jansky, đơn vị ngồi hệ SI của mật độ thơng lượng Jy = 103 mJy = 10-26 W.m-2.Hz-1 (SI) = 10-23 erg.s-1.cm-2 Hz-1 (cgs) v MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i DANH MỤC CÁC BẢNG ii DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ iii DANH MỤC CÁC HẰNG SỐ VÀ ĐƠN VỊ iv MỤC LỤC v PHẦN MỞ ĐẦU Chương 1: TỔNG QUAN VỀ SAO LÙN NÂU .3 1.1 Sao lùn nâu 1.1.1 Sao lùn nâu .3 1.1.2 Các tính chất vật lý của lùn nâu .3 1.1.2.1 Khối lượng 1.1.2.2 Nhiệt độ 1.1.2.3 Bán kính .4 1.1.2.4 Kiểu phổ .5 1.2 Quá trình hình thành tiến hóa của lùn nâu 1.2.1 Sự hình thành thông thường 1.2.2 Các giả thuyết hình thành tiến hóa của lùn nâu 1.2.2.1 Mơ hình lùn nâu hình thành thông thường khối lượng thấp 1.2.2.1.1 Sự phân mảnh hỗn loạn 1.2.2.1.2 Sự phân mảnh hấp dẫn 1.2.2.2 Cơ chế đẩy .9 1.3 Vùng tìm kiếm, phát hiện lùn nâu 1.3.1 Vùng lân cận mặt trời 1.3.2 Vùng hình thành .9 Chương 2: ĐĨA BỤI XUNG QUANH SAO LÙN NÂU VÀ SAO CĨ KHỚI LƯỢNG RẤT THẤP 10 2.1 Đĩa bụi xung quanh lùn nâu có khối lượng thấp 10 2.1.1 Sự tiến hóa của đĩa bụi 10 2.1.2 Đĩa tiền hành tinh đĩa chuyển tiếp 11 vi 2.2 Các tính chất của đĩa tàn bụi .12 2.2.1 Nhiệt độ bụi 12 2.2.2 Khối lượng bụi 12 2.2.3 Bán kính đĩa 13 2.3 Những nhóm trẻ vùng lân cận Mặt trời 13 2.4 Hiện tượng xạ dư hồng ngoại từ đĩa của Một số khảo sát, nghiên cứu đĩa của trẻ có kiểu phở M-trễ nhóm trẻ 15 Chương 3: KHẢO SÁT CÁC SAO LÙN CÓ KIỂU PHỔ M-TRỄ TRONG NHỮNG NHÓM SAO TRẺ LÂN CẬN MẶT TRỜI 18 3.1 Mẫu nghiên cứu 18 3.2 Công cụ BANYAN Σ khảo sát thành viên của nhóm trẻ lân cận Mặt trời .18 3.2.1 Công cụ BANYAN  18 3.2.2 Khảo sát thành viên của nhóm trẻ lân cận Mặt trời 19 3.3 Mơ hình phân bố phở theo lượng 21 3.4 Phương pháp xác định ứng cử viên có hiện tượng xạ dư hồng ngoại 23 Chương 4: XÁC ĐỊNH MỢT SỚ TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA ĐĨA BỤI XUNG QUANH CÁC ỨNG CỬ VIÊN TRONG NHỮNG NHÓM SAO TRẺ .25 4.1 Các lùn kiểu M-trễ có phát hiện hiện tượng xạ dư hờng ngoại .25 4.2 Mơ hình phân bố phở lượng kết tính tốn số tính chất của đĩa bụi xung quanh sáu lùn có xạ dư hồng ngoại 28 4.3 Thảo luận 30 4.3.1 Thành viên có khối lượng thấp hay lùn nâu của nhóm trẻ 30 4.3.2 Đặc điểm của đĩa xung quanh có khối lượng cực thấp vào lùn nâu 33 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 35 TÀI LIỆU THAM KHẢO 36 Phụ lục .41 Phụ lục 2: Mơ hình phân bố phở theo lượng của 83 vật thể 47 PHẦN MỞ ĐẦU Sự tồn của lùn nâu (SLN) tiên đoán mặt lý thuyết Kumar năm 1963 Nhưng 30 năm sau, nhà thiên văn học phát hiện SLN đầu tiên bằng quan sát (Rebolo cộng sự 1995; Nakajima cộng sự 1995) Ngay sau đó lượng lớn SLN khám phá xung quanh dãy chính, hoặc vùng hình thành sao, hoặc chúng trơi nổi tự vùng lân cận Mặt trời Các SLN có khối lượng nằm khoảng từ 13 đến 75 khối lượng Mộc tinh, chúng không đủ nặng để đốt cháy hydrogen có thể thực hiện phản ứng đốt cháy deuterium Xét khối lượng chúng nằm thông thường hành tinh Mật độ SLN phổ biển vũ trụ, nhiên nguồn gốc của loại đề tài tranh cãi khối lượng của SLN nhỏ để hình thành theo cách thông thường từ sự sụp đổ hấp dẫn của đám mây phân tử Có hai mơ hình đưa để giải thích sự hình thành SLN: mơ hình giống (star-likemodel) mơ hình đẩy (ejection-model), đó nhiều dấu hiệu, q trình vật lý đĩa bụi, l̀ng phụt lưỡng cực,… quan sát quanh SLN trẻ ủng hộ mạnh mẽ mơ hình đầu tiên Đĩa tiền hành tinh hình thành từ khí bụi nguyên thủy xuất hiện xung quanh trẻ giai đoạn phát triển đầu tiên (giai đoạn 2) Sự hình thành hành tinh diễn bên đĩa qua trình kết tinh, va chạm hấp dẫn Sau khoảng triệu năm, phần lớn khí bụi đĩa của bị biến (Wyatt 2008) Sau hành tinh hình thành, đĩa bụi có nguồn gốc từ tiểu hành tinh phát hiện xung quanh số Đĩa bụi gọi đĩa tàn dư, bên đĩa bụi tiếp tục tạo qua sự va chạm của tiểu hành tinh, hay sự bay của chổi Đĩa tiền hành tinh phát hiện xung quanh SLN có khối lượng cực thấp trẻ (kiểu phổ ≥ M5) vùng hình thành Taurus, Ophiuchi,…Các quan sát cho thấy đĩa của SLN trẻ có dấu hiệu của sự hình thành hành tinh sự kết tinh, tăng kích thước của bụi (Apai cộng sự 2005; PhanBao cộng sự 2008, 2011) Đĩa tàn dư tìm thấy xung quanh số lùn kiểu phổ M Đặc biệt việc phát hiện hệ bảy hành tinh kiểu Trái Đất xung quanh lùn cực lạnh M8 TRANPPIST-1 (Gillon cộng sự 2016) cho thấy sự hình thành hành tinh kiểu Trái đất xung quanh SLN có khối lượng cực thấp Điều đó chứng tỏ giai đoạn tiến hóa của SLN có đặc điểm tương tự thông thường Như vậy, phát hiện nghiên cứu tính chất của đĩa bụi xung quanh SLN trẻ giúp hiểu rõ nguồn gốc của SLN sự hình thành hành tinh xung quanh loại Trên sở nói trên, sự hướng dẫn của ThS Nguyễn Thành Đạt chọn đề tài: “Khảo sát số đặc tính của đĩa bụi xung quanh lùn có kiểu phổ M-trễ nhóm trẻ lân cận Mặt trời” nhằm cung cấp dẫn quan trọng để phát hiện nghiên cứu tính chất của đĩa xung quanh SLN Mục tiêu của khóa luận tìm kiếm ứng viên SLN trẻ có đĩa bụi nhóm trẻ lân cận Mặt trời Sau đó phân tích số tính chất của đĩa nhiệt độ bụi, tỷ số độ trưng của đĩa, từ đó phân loại dạng đĩa (đĩa tiền hành tinh, đĩa chuyển tiếp hay đĩa tàn dư) Trong trình thực hiện khóa luận em sử dụng số thuật tốn bằng ngơn ngữ lập trình fortran để ước tính tính chất của đĩa sử dụng chương trình pgplot( thư viện đờ họa) để hiển thị hình ảnh Đề tài mang nhìn khái quát tính chất của lùn nâu trẻ độ tuổi 200 triệu năm Cũng sở cho nghiên cứu sự hình thành phát triển của lùn nâu Nội dung khóa luận có bố cục sau: Chương 1: Tổng quan lùn nâu Chương 2: Đĩa bụi xung quanh lùn nâu có khối lượng thấp Chương 3: Khảo sát lùn nâu có kiểu phổ M-trễ nhóm trẻ lân cận Mặt trời Chương 4: Xác định số tính chất vật lí của đĩa bụi xung quanh ứng cử viên nhóm trẻ 46 J210724.7-335733 J213229.7-051158 J213422.2-431610 J215127.0-012713 J220211.2-110945 J220535.7-110428 J221350.4-634210 J222644.3-750342 J224159.3-750034 J233121.7-274949 J233340.5-213353 J233738.3-125027 J235359.4-083331 14.360  0.030 13.520  0.030 12.780  0.030 13.210  0.080 15.110  0.080 13.670  0.020 13.050  0.080 15.200  0.060 12.538  0.030 14.250  0.040 13.890  0.040 13.670  0.050 15.930  0.070 12.216  0.022 11.423  0.027 10.690  0.024 11.282  0.021 12.361  0.024 11.659  0.024 10.923  0.025 12.353  0.023 10.429  0.022 11.646  0.023 11.858  0.021 11.462  0.023 13.033  0.026 11.570  0.024 10.730  0.021 10.035  0.022 10.736  0.024 11.713  0.022 11.052  0.023 10.296  0.023 11.696  0.027 9.897  0.022 11.055  0.026 11.312  0.021 10.830  0.022 12.369  0.024 11.175  0.021 10.379  0.019 9.685  0.021 10.385  0.019 11.374  0.026 10.723  0.024 9.938  0.023 11.246  0.023 9.600  0.021 10.651  0.026 10.929  0.022 10.452  0.021 11.932  0.027 11.006  0.023 10.147  0.023 9.491  0.022 10.214  0.023 11.104  0.023 10.522  0.022 9.725  0.023 10.973  0.023 9.379  0.023 10.392  0.023 10.771  0.023 10.228  0.023 11.615  0.022 10.833  0.021 9.993  0.021 9.329  0.019 9.995  0.020 10.867  0.020 10.292  0.020 9.521  0.019 10.718  0.020 9.170  0.020 10.176  0.020 10.539  0.021 10.025  0.021 11.345  0.021 10.442  0.098 9.756  0.051 9.106  0.034 9.880  0.062 10.638  0.107 10.124  0.069 9.318  0.035 10.277  0.062 8.977  0.028 9.812  0.053 10.530  0.083 9.706  0.054 11.035  0.187 8.466  0.000 8.501  0.000 8.906  0.000 8.139  0.000 8.921  0.000 8.745  0.000 8.519  0.000 9.188  0.000 8.988  0.000 8.556  0.000 8.682  0.000 8.515  0.000 8.749  0.000 47 Phụ lục 2: Mô hình phân bố phổ theo lượng của 83 vật thể 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60