Để nghiên cứu sự hình thành các vạch hấp thụ lithium Li I (chẳng hạn ở 3 vạch tiêu biểu λ 6103 Å, λ 6708 Å, λ 8126 Å) ở các sao lùn nâu, Pavlenko và cộng sự [25] đã sử dụng mô hình khí quyển có nhiệt độ hiệu dụng Teff nằm trong khoảng từ 2000 – 3000 K, tức nhiệt độ của các sao lùn nâu có kiểu phổ M. Họ đã nhận ra rằng vạch lithium trung hòa Li I rất dễ hình thành qua mô hình khí quyển này. Vì vậy, Li Icó thể được quan sát ở các sao lùn nâu có nhiệt độ trong khoảng trên.
Trong khí quyển của sao với Teff ≥ 4000 K, do n(Li I) << nt(Li) (trong đó n(Li I) là số nguyên tử Li trung hòa, nt(Li) là tổng mật độ của Li gồm nguyên tử trung hòa, ion và phân tử) nên hầu hết Li tồn tại ở dạng ion, khó phát hiện được lithium trong trường hợp này. Ngược lại, trong khí quyển của sao lùn nâu có kiểu phổ M với 2000 K ≤ Teff ≤ 3000 K hầu hết Li tồn tại ở dạng trung hòa nên rất dễ dàng phát hiện được chúng. Hình 2.4 là phổ tổng hợp lý thuyết theo tính toán của Pavlenko và cộng sự [25] sử dụng mô hình khí quyển tại nhiệt độ Teff = 2500 K, log g = 5,0 (g: hệ số hấp dẫn), với các độ dồi dào lithium khác nhau cho thấy vạch lithium trung hòa Li Irất dễ dàng được phát hiện tại nhiệt độ này. Đối với nhiệt độ Teff < 2000 K, đa số Li liên kết với các phân tử ở phần bên ngoài của khí quyển. Như vậy, vạch cộng hưởng Li Iđược hình thành trong khoảng nhiệt độ Teff từ 2000 – 3000 K rất dễ quan sát.
Hình 2.4: Phổ tổng hợp lý thuyết theo tính toán của Pavlenko và cộng sự [25] trong vùng Li I λ 6708 Å, với Teff/log g = 2500/5,0 và log n(Li) = 3,0; 2,0; 1,0; 0,0; -1,0 và -2,0.
Ngoài ra, phổ của sao lùn có kiểu phổ M (Teff < 4000 K) được hình thành bởi hỗn hợp của một số lượng lớn gồm những vạch nguyên tử và phân tử khác nhau như TiO, CN12
bao phủ cả vạch hấp thụ Li I. Do đó, muốn quan sát được vạch lithium trong trường hợp này thì cường độ Li phải mạnh.
Để tính toán cường độ các vạch Li Iở các bước sóng khác nhau λ 6103 Å, λ 6708 Å và λ 8126 Å, Pavlenko và cộng sự [25] dựa trên mô hình lý thuyết cân bằng nhiệt động học cục bộ (LTE - Local Thermodynamic Equilibrium) và không cân bằng nhiệt động học cục bộ (NLTE - Non Local Thermodynamic Equilibrium) với Teff/log g = 3000/5,0 và 2500/5,0. Kết quả cho thấy rằng, với cùng một điều kiện nhiệt độ, với cùng độ dồi dào Li như nhau, độ rộng tương đương (Equivalent Width - EW) của vạch Li I λ 6708 Å lớn hơn rất nhiều so với EW của vạch Li I λ 6103 Å và λ 8126 Å. Kết quả được thể hiện ở các Hình 2.5, 2.6 và 2.7. Chẳng hạn theo như 3 hình vẽ này, chúng ta thấy rõ rằng, với độ dồi dào log n(Li) = 2,0 thì EW của vạch Li Iλ 6708 Å khoảng 1000 mA, của vạch Li Iλ 6103 Å khoảng 100 mA, của vạch Li I λ 8126 Å nhỏ hơn 100 mA. Như vậy vạch Li I λ 6708 Å sẽ dễ được phát hiện hơn vạch Li I λ 6103 Å và λ 8126 Å. Đó cũng là lý do tại sao các nhà thiên văn sử dụng phương pháp thử nghiệm lithium ở bước sóng Li Iλ 6708 Å.
Hình 2.5: Đường biểu diễn mối quan hệ giữa độ rộng tương đương của vạch Li I λ
6708 Å và độ dồi dào của Li ở mô hình khí quyển 3000/5,0 và 2500/5,0 (LTE: nét liền, NLTE: nét đứt) (Pavlenko và cộng sự [25]).
Hình 2.6: Đường biểu diễn mối quan hệ giữa độ rộng tương đương của vạch Li I λ
6103 Å và độ dồi dào của Li ở mô hình khí quyển 3000/5,0 và 2500/5,0 (LTE: nét liền, NLTE: nét đứt) (Pavlenko và cộng sự [25]).
Hình 2.7: Đường biểu diễn mối quan hệ giữa độ rộng tương đương của vạch Li I λ
8126 Å và độ dồi dào của Li ở mô hình khí quyển 3000/5,0 và 2500/5,0 (LTE: nét liền, NLTE: nét đứt) (Pavlenko và cộng sự [25]).
Tóm lại, kết quả nghiên cứu của Pavlenko và cộng sự [25] đã chỉ ra rằng, các vạch hấp thụ Li Iở các bước sóng λ 6103 Å, λ 6708 Å và λ 8126 Å được hình thành ở phía ngoài của khí quyển của sao lùn trong điều kiện Teff nằm trong khoảng từ 2000 – 3000 K, trong đó cường độ vạch Li I λ 6708 Å là mạnh nhất nên dễ quan sát nhất trong việc sử dụng phương pháp thử nghiệm lithium.
Chương 3: ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP THỬ NGHIỆM LITHIUM 3.1. MỘT SỐ QUAN SÁT ĐÃ ĐƯỢC THỰC HIỆN