Luận án tiến sĩ ngành quang học nghiên cứu quá trình truyền bức xạ phổ quay vô tuyến trong môi trường khí quyển sao

BO GIAO DUC VA DAO TAO VIEN HAN LAM KHOA HOC VA CONG NGHE VIET NAM HOC VIEN KHOA HOC VA CONG NGHE Tran Ngoc Hung NGHIEN CUU QUA TRINH TRUYEN BUC XA PHO QUAY VO TUYEN TRONG MOI TRUONG KHI QUYEN SAO LUAN AN TIEN SĨ NGANH QUANG HOC Hà Nội — 2021 BO GIAO DUC VA DAO TAO VIEN HAN LAM KHOA HOC VA CONG NGHE VIET NAM HOC VIEN KHOA HOC VA CONG NGHE Tran Ngoc Hung NGHIEN CUU QUA TRINH TRUYEN BUC XA PHO QUAY VO TUYEN TRONG MOI TRUONG KHI QUYEN SAO Chuyên ngành: Quang hoc Mã số: 94401 10 LUAN AN TIEN SĨ NGANH QUANG HOC NGUGI HUONG DAN 1: PGS.TS Dinh Van Trung NGƯỜI HƯỚNG DÂN 2: PGS.TS Phạm Hồng Minh Hà Nội — 2021 Loi cam doan Tôi xin cam đoan luận án thực hướng dẫn PGS.TS Đinh Văn Trung Các dẫn giải, phân tích, số liệu, nội dung nghiên cứu có tác giả có liên quan đến luận án có nguồn gốc rõ ràng, rõ phân Tài liệu tham khảo Các số liệu, kết nêu luận án trung thực, chưa công bồ cơng trình khác Nghiên cứu sinh Tran Ngọc Hưng Loi cam on Trong trình thực luận án “Nghiên cứu trình truyền xạ phố quay vơ tuyến mơi trường khí quyền sao”, tơi nhận hướng dẫn truyền đạt kiến thức rât tận tình thây, cơ, giảng viên Viện Vật lý Tôi nhận hỗ trợ, tạo điều kiện, giúp đỡ quý báu từ Viện Vật lý Học viện Khoa học Công nghệ Tơi xin bày tỏ lịng cảm ơn chân thành vỀ giúp đỡ Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Dinh Van Trung, thay giáo hướng dẫn khoa học trực tiếp cho tơi hồn thành luận án Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới GS TS Nguyễn Đại Hưng, PGS.TS Phạm Hồng Minh, TS Bùi Văn Hải, TS Phạm Minh Tiến, NCS Phạm Đồng Băng nhiều đồng nghiệp khác Viện Vật lý cộng tác, giúp đỡ, chia sẻ công việc nghiên cứu Tôi xin chân thành cảm ơn bạn bè, gia đình động viên, khích lệ, tạo điêu kiện giúp đỡ tơi suốt q trình thực hồn thành luận án Tác gia luận án Tran Ngọc Hưng Muc luc Danh sach hinh vé Danh muc Mở iv ki hiéu vill đầu Tổng quan môi trường sao, truyền xạ thiên văn câu trúc vỏ già 1.1 Sự hình thành phát triển củasao 1.1.1 Saotré ee 1.1.2 8ao tiệm cận khống lồ (AGB) 1.2 Quan VỎ §AO QC LH ĩ xa 1.3 Phổ nguyên tử phân tử môi trường vỏ 10 1.3.1 Phổ tái tổ hợp hydrogen 10 1.3.2 Phổ quay phân tỬ Ặ Ặ 11 1.4 Quá trình phát xạ truyền bỨcxạ 1.4.1 Các khái nệm cơbản HQ HQ ng gà 13 13 1.4.2 Kích thích vạch phổ phương trình cân thống kê 17 1.5 Phương trình truyền xạ - 20 1.5.1 Truyền xạ môi trường 22 1.5.2 Cơ chế mở rộng vạch phổ - 25 1.5.3 Một số mơ hình truyền xạ thiên văn 30 1.6 Ảnh hưởng đồng hành lên cấu trúc vỏ Mơ 31 1.6.1 Mơ hình đơi .Ặ ee ee ol 1.6.2 Hệ phương trình Euler 33 1.7 Kétlu€n - ee truyền xạ khí động lực học 34 36 2.1 Phương pháp số giải toán truyền xạ 36 2.1.1 Xây dựng lƯỚiI .Ặ.Ặ.ẶẶ QẶ Q Q Q ẺSU 36 2.1.2 Thuật toán "theo vét tia" (ray tracing) 37 2.1.3 Tạo phương truyền đẳng hướng 42 2.2 2.1.4 Giải hệ phương trình cân thống kê 43 M6 44 hinh d6ng luc hoc 2.2.1 Bài toán Rilemann 02 2.2000 ee ee 2.2.2 Phương pháp Godunov 23 ee eee 48 2.2.3 Diều kiện Courant-FriedrichsLewy 49 2.2.4 Xây dựng lưới chương trình PLUTO 90 2.2.5 Điều kiện ban đầu Ặ.Ặ.Ặ eee 2.2.6 Điều kiện biên .Ặ On SẺ 51 51 2.2.7 Lực hấp dẫn đồng hành 52 2.2.8 Diều kiện vật lý Q Q Q LH HQ Q 52 Kếtluận SỐ Nghiên cứu maser 0.000 45 Q2 hydro vỏ MWC v2 349A 55 3.1 Giới thiệu chung MWC 349A 55 3.2 Các nghiên cứu lý thuyết maser hydro vấn dé cần giải qUuyẾt ee 59 3.3 Xây dựng mơ hình maser vỏ MWC 61 3.3.1 Gid ion hé6a 3.3.2 Đĩalonhốa 349A 62 Q Q Q Q Q HQ va 63 3.3.3 Mơ hình phát xạ tái tổ hợp vùng HII 64 3.3.4 Hàm mở rộng Voigt .Ặ ee 66 3.3.5 Thừa số Gaunt ee v2 67 3.3.6 Số liệu tính tốn hệ số tách ƯTE 69 3.3.7 Tính chất bão hịa maser - 69 3.4 Bttc xa maser téit6 hop Hna ee 71 3.4.1 Cường độ đỉnh phố 71 3.4.2 Khoảng cách hai đỉnh phố 73 3.4.3 Phân bố cường độ phổ 74 3.4.4 Ảnh hưởng giốlon hóa 76 2.0000 eee 3.5 Bac bao hoa cla maser Hna MWC 36 Kếtluận 349A ee en 77 79 Nghiên cứu câu trúc vỏ AGB ảnh hưởng đồng hành 4.1 Mơ 80 hình khí động học cho hệ đơi 81 4.2 Khí đẳng nhiệt đoạn nhiệt 83 4.3 Quy dao tron va quy daoelip 0.0000 ee eee 84 4.4 Nhiệt độ cấu trúc xoắn 86 ii 4.5 Truyén bic xaquavOsao 46 Kétluan ee 0.0.2.0 0.00 0000000000 eee 87 90 Kết luận 92 Phụ lục 94 Danh mục cơng trình cơng bố Tài liệu tham 100 khảo 101 11 Danh 1.1 sach hinh ve Giản đồ Hertzsprung-Russell (tạo Richard Powell, nguồn: en wikipedia.org/wiki/Hertzsprung-Russell_diagram) 1.2 Vong đời (tạo Matt Cameron, nguén: sciencezones com/index php/2020/06/08/the-life-cycle-of-a-star/) 1.3 Dia bui xung quanh nhitng ng@i tré (ESO, nguén: www.eso org/public/images/esol8lla/) 1.4 Cấu trúc nhiều lớp AGB 6 (NOAO, nguồn: www.noao edu/ outreach/press/pr03/sb0307.html) 1.5 Cấu trúc vỏ chụp HST: hình trái ngơi trẻ V1331 Cyg (Ngn: en.wikipedia org/wiki/V1331_Cygni); hinh phai la tinh van tiền hành tỉnh NGC 6826 ( Nguồn: esahubble org/images/ opo9738d/) .Ặ Q Q Q Q Q HQ HH vo 1.6 Ảnh chụp xạ phân tử CO cua ALMA: hinh trai la vo LL Pegasi [31]; hình phải 14 vd R Scl (ESO, ngu6én: www.eso.org/ public/news/eso1239/) 0.0.0 eee ee ee 10 1.7 Quá trình tái tổ hợp vùng H II phổ lượng H 11 1.8 Phổ vô tuyến dải tần 138.3 đến 150.7 GHz tỉnh vân Orion-KL [35] Ặ.ẶẶ QẶ Q Q Q Q Q VỦ 12 1.9 Các q trình kích thích phục hồi phân tử nguyên tử 17 1.10Sự phụ thuộc tiết diện quang ion hóa vào tần số xạ nguyên tửH |36] ẶẶẶ Ặ QẶ Ặ V 1.11Kích thích quang va chạm 18 20 1.12Phổ xạ Mặt Trời khớp với phổ vật đen tuyệt đối nhiệt độ 5525 K (tạo Abhimanyu Susobhanan, nguồn: https: //waw.quora.com/Is-the-sun-a-blackbody) 1.13Phồ maser từ vùng nghịch đảo mật độ có dạng dia quay tron 1.14Nguyên lý mở rộng vạch tự nhiên theo trạng thái lượng tử [36] 1.15Độ mở rộng tự nhiên vạch phổ 1.17Cấu trúc vỏ số AGB [31, 8,28] iv 25 26 [18]| .- 1.16Mở rộng vạch tổng hợp Doppler Lorentz 23 27 [18] 30 31 1.18M6 hinh doi [42) .2 2.20004 32 1.19Di thudng tam sai Ð dùng để xác định vị trí góc vật chuyển động quỹ đạo eÌllp 2.1 Q2 32 Chia lưới vùng tính tốn mô truyền xạ: vùng lưới chia dày Ặ Ặ Ặ Q Q Q Q HQ Ho 2.2 Luu dé thuat toan ee 37 ee 40 41 2.4 Các hướng truyền kiểm tra thuật toán theo vết tia 41 2.0 Lưới tam giác Delaunay mặt cầu đơn vị 42 2.6 Bài toán Riemann chiều - vấn đề shocktube 48 2.7 Chia lưới gián đoạn giải số hệ phương trình Euler 49 2.3 Truyền xạ lưới phân mức 3.1 Chồng chập xạ liên tục mm VLA 2.27 m (các đường màu đen), Keck (các đường màu xanh cây) hai chấm màu xanh dương đỏ vùng phát maser /30œ [66Ì 3.2 Ảnh hồng ngoại 24 ưn vỏ MWC 349A |20| 3.3 Phổ hai vạch H26œ H30œ quan sát kính thiên văn JCMT, CSO IRAM từ năm 1990 - 1993 |61| 56 57 58 3.4 Phổ H30œ quan sát kính thiên văn 12 m NRAO, Arizona từ năm 1997 - 1999 |19] 59 3.9 Độ lệch tương đối cường độ đỉnh thay đổi theo thời gian vạch H26œ (1990-1993) vạch H30œ (1997-1999): đường màu đỏ cho đỉnh vận tốc dương; đường màu xanh cho đỉnh vận tốc âm 3.6 M6 hinh MWC 349A 61 62 3.7 Mặt cắt dọc trục đối xứng m6 hinh MWC 3.8 Giá trị hàm 349A 62 Gaunt cho dịch chuyển free-free (đường đỏ), bound-free (đường xanh dương) tổng hai dịch chuyển (đường xanh lục) với nhiệt độ điện tử 10000 EK 68 3.9 Hệ số tách khỏi LIE cho vạch Ha véi nhiệt độ điện tử 10000 K từ số liệu Storey Hummer [B5] 70 3.10Hệ số đ„„ với mật độ điện tử 107em~ nhiệt độ 10000 K Số liệu tir Storey vi Hummer |Bỗ| Ặ 70 3.11Ph6 cia hai maser H26a va H30a: hình trái kết mơ (đường đứt nét cho mơ hình khơng tương tác, đường liền nét cho mơ hình tương tác), hình phải kết quan sát SMA [71] 72 3.12Phân bố cường độ phổ đóng góp cho đỉnh 'xanh' H26a, H27a va H30q .a aa 73 3.13Hinh anh bitc xa vach H26a cdc kênh vận tốc khác thu nhận từ mơ hình MWC 349A 75 3.14Hinh anh bitc xa vach H27a cdc kénh van téc khac thu nhận từ mơ hình MWC 349A 75 3.15Hinh anh bitc xa vach H30a cdc kênh vận tốc khác thu nhận từ mô hình MWC 349A 76 3.16So sánh phổ thu từ hai mơ hình: đường màu đen liền nét cho mơ hình ban đầu đường màu xanh đứt nét cho mơ hình có mật độ điện tử gió giảm nửa 77 3.17Hinh anh btic xa vach H26a kênh vận tốc khác mơ hình gió có mật độ điện tử giảm 78 3.18Bậc bão hòa ba maser H26a, H27a va H30a mét mat cat chứa trục quay từ mơ hình vỏ MWO 349A 78 4.1 Cấu trúc hình cung xoắn éc cla v6 AGB [81, 8, 53) 80 4.2 Phân bố mật độ thang log cho hai trường hợp đẳng nhiệt (trái) đoạn nhiệt (phải) với hệ đơi quỹ đạo trịn Các đường xoắn 6c Archimedean khớp với biên (đường đứt nét màu đỏ) biên (đường đứt nét màu đen) 84 4.3 Phân bố mật độ thang log cho trường hợp quỹ đạo trịn: hình trái mật độ khí mặt phẳng quỹ đạo; hình phải mật độ khí mặt phẳng chứa trục quay - S5 4.4 Phân bố mật độ thang log cho trường hợp quỹ đạo elip với tâm sai e = 0.5: hình trái mật độ khí mặt phẳng quỹ đạo; hình phải mật độ khí mặt phẳng chứa trục quay S5 4.5 Đường nhiệt độ thang log dọc theo hai hướng vuông góc trường hợp quỹ đạo trịn Đường đứt nét có hệ số góc -0.83 4.6 Hình ảnh truyền xạ phân tử kênh vận tốc khác 86 với góc nhìn 0° so với trục vng góc xuống mặt phẳng quỹ đạo =)" aaWặaHaa eee 38 4.7 Hình ảnh truyền xạ phân tử kênh vận tốc khác với góc nhìn 0° so với trục vng góc xuống mặt phẳng quỹ đạo 4.8 Hình ảnh truyền xạ phân tử kênh vận tốc khác với góc nhìn 0° so với trục vng góc xuống mặt phẳng quỹ đạo (eđ=0.6) Q Q Q Q Q HQ vi ng ng kg kg vo 89