CHƯƠNG 1 LÝ THUYET QUANG TRAC THIÊN VAN 1.1 Quan sat bau trời 1.1 Thiên cầu Khi quan sát bầu trời từ trái đất, ta quá nhỏ bé so với trái đất, tầm nhìn bị giới hạn bởi đường chân trời, đường chân trời bao quanh chúng ta. khi đó ta có thé tưởng tượng bau trời như một mặt cầu không lỗ bao quanh trái đất, và ta gọi nó là thiên cầu. Trên thiên cầu có các vì sao va các thiên thé, chúng được xác định bằng hệ tọa độ chân trời và hệ tọa độ xích đạo. [1] Trên thiên cầu, các vì sao được con người chia thành nhiều nhóm gọi là các chỏm sao, khoảng cách giữa chúng gần như không đôi.Vì trái đất quay, nên ta quan sát sẽ thấy các vì sao chuyên động cùng nhau vạch ra những quỹ đạo của chúng gọi là đường nhật động.
Những đường nhật động là những đường tròn đồng tâm, có tâm gần sao Bắc Dâu.2 Hệ tọa độ chân trời Đề xác định tọa độ của một ngôi sao trên thiên thê ta có thê sử dụng các hệ tọa độ trong thiên văn, Thiên thé M có tọa độ được xác định bằng hai thông số: độ cao h và độ phương A. Trong đó độ cao h: góc tính từ đường chân trời lên thiên thé, và độ phương A: góc tính từ điểm Nam đến hình chiếu M’ của thiên thẻ trên đường chân trời (Hình 1. Độ cao h và độ phương A của thiên thé M sẽ bị thay đôi do nhật động, do đó hệ toa nảy không thé ghi chép chính xác vị trí của một thiên thê.1: Hệ tọa độ chân trời 1.3 Hệ tọa độ xích đạo Thiên thé M có tọa độ được xác định bằng xích vĩ ở và xích kinh a (góc từ điểm xuân phân y đến hình chiều M' lên đường xích đạo trời) (Hình 1. Vì điểm xuân phân y gần như nằm yên trong không gian nên xích kinh ơ của thiên thể không bị thay đôi vì nhật động, bên cạnh đó nó cũng không phụ thuộc vào nơi quan sát, Như vậy ta thấy cả xích kinh và xích vĩ đều không thay đổi vì nhật động va cũng không phụ thuộc vao nơi quan sát, nên hệ tọa độ này dùng dé xác định vị trí của các thiên thé trên bầu trời trong các bản đô sao và dùng trên toan thê giới.2 Lý thuyết quan trắc thiên văn Quang trắc thiên văn là một phần của thiên văn vật lý nghiên cứu cường độ bức xạ mà ta nhận được từ các thiên thé như: thiên hà, cum sao, sao,.
Bức xạ đó được đặc trưng bởi độ rọi (Brightness). Nói chung, cường độ bức xạ đo được của một thiên the được xác định bởi độ roi mà nó tạo ra. Trong thiên văn độ roi có đơn vi là cấp sao (độ 5 rọi trong vật lí được tinh qua flux) [3]. Quan sát độ roi của sao qua cấp sao được phát hiện từ rất sớm khoảng thé ki II TCN bởi nhà thiên văn người Hy Lạp là Hipparchus.
Dựa trên cơ sở là mắt người có thẻ nhận ra sự khác biệt của hai nguồn sáng nêu độ rọi của chúng hơn kém nhau 2. Việc đo đạc cường độ bức xạ của các thiên thẻ giúp ta biết được các thuộc tính của các thiên thé đó. Cường độ bức xạ của một thiên thê cho ta biết các thông tin của thiên thé đó như: nhiệt độ, năng lượng, kích thước và những thuộc tính khác của thiên thé. Đặc biệt từ cường độ bức xạ của thiên thẻ ta có thẻ ước lượng khoảng cách từ thiên thẻ đến Trái Đất.1 Cấp sao nhìn thấy (Apparent magnitude) Cấp sao nhìn thay là một thang đơn vị đặc biệt biểu diễn độ roi của các thiên thé trong thiên van, ký hiệu của cấp sao nhìn thấy là m với quy ước lả: sao có cấp sao nhìn thay càng bé thì sao có độ roi càng lớn (tức là càng sáng).
Nếu hai sao khác nhau n cấp thì độ roi khác nhau (2,512)? lần. Như vay ta có thé suy ra được nếu hai sao khác nhau 5 cấp thì độ rọi khác nhau 100 lần. Ta có tỷ số độ rọi: = = (2,512) .1) z2 trong đó: m) cấp sao nhìn thay ứng với E¡, mz là cấp sao nhìn thay ứng với Eo. Như vậy ta có thé suy ra 2 sao khác nhau năm cap thi aa (2,512)5 = 100 (1.2) trong đó: E¡ là độ roi của sao 1, Ez là độ roi của sao thứ 2.
Ta có thể viết lại dưới dạng khác log = 0,4(m, — m,) (1.3) Công thức trên gọi là công thức Pogson (dat theo tên nhà thiên van Anh N.R Pogson) Sao mờ nhất mà mắt ta còn nhìn thấy được là sao cấp 6. Với kính thiên văn thi ta có thé thấy được sao cap 20. Như vậy, công dụng của kính thiên văn giúp ta phát hiện thêm những thiên thẻ trên bầu trời mà mắt trần không nhìn thấy được. Cấp sao nhìn thay là một đại lượng có thé xác định được bằng quang trắc (thông qua độ roi).
Vì cấp sao nhìn thay của một ngôi sao ôn định là không thay đôi nên độ roi là một đại lượng không đổi, đặc trưng cho ngôi sao đó [1].2 Cap sao tuyệt đối (Absolute Magnitude) Cấp sao của một ngôi sao không chi phy thuộc vào năng lượng bức xa ma còn phụ thuộc vào khoảng cách của nó đến Trái Đất. Cấp sao nhìn thấy không thẻ thẻ hiện được điều này, nên trong thiên văn người ta quy định thêm cấp sao tuyệt đối. Cấp sao tuyệt đối (M) của các sao là cấp sao nhìn thấy của chúng nếu như khoảng cách của chúng đến trái đất là 10 parsec (1 parsec ứng với góc thị sai hang nam bằng giây). Cấp sao tuyệt đối của một ngôi sao có thể xác định qua cấp sao nhìn thấy và thị sai hàng năm 7r.
Ta đã biết cấp sao nhìn thay của một ngôi sao là m va khoảng cách thực của nỏ đến Trái Dat là d (parsec). Cấp sao tuyệt đối M của một thiên thé được xác định bởi biểu thức: M =tn+ 5 +5logïr = m + 5 — 5 log d (1.4) trong đó: M là cấp sao tuyệt đối. m là cấp sao nhìn thấy. 7 là thị sai hàng năm d là khoảng cách từ sao đến Trái Dat.
Vào năm 1912 một nhà thiên văn nữ người Mỹ đã nhận thấy một số sao biển quang trong chùm sao Cepheus (Thiên Vương) có chu kỳ biến quang tỷ lệ với cấp sao tuyệt đối: chu kỳ càng dai, cấp sao càng lớn. Vậy ta có thé dựa vào chu kỳ biến quang của những sao loại này dé có thé tinh được cấp sao tuyệt đối của chúng, từ đó có thé xác định khoảng cách của chúng. Chu kỳ này có thể xác định bằng quang trắc thiên văn. Nhu vậy cấp sao tuyệt đối phan ánh chính xác hơn về khả năng bức xạ của sao.
Năng suất bức xạ càng lớn thì cấp sao tuyệt đối càng nhỏ. Khái niệm độ trưng là đại lượng đặc trưng cho công suất bức xạ của các thiên thể (L). Khác với công suất bức xạ trong vật lý, thì trong thiên văn độ trưng có mỗi liên hệ mật thiết với cấp sao tuyệt đối. Mối liên hệ giữa độ rọi và công suất bức xạ mà ta nhận được từ các thiên thẻ chiều đến Trái Dat L=4nd*E (1:6) trong đó đ; khoảng cách đến thiên thẻ.
Nếu ta tính tỷ số công suất bức xạ giữa hai thiên thé | va 2 thì ta có: bs = dibs (1. Nếu khoảng cách của các thiên thé đến với Trải Dat là như nhau thì ta có thé viết lại: by _ di _ Em Lz d‡E; ~ EM, (1.8) Ap dụng công thức Pogson log= Em; = 0,4(M; — M,) (1.9) Như vậy cấp sao tuyệt đối có thé phan ánh chính xác hơn về khả năng bức xa của sao. Năng suất bức xạ càng lớn thi cap sao tuyệt đối càng nhỏ.1 Đại cương về sao Sao là một trong những vật thẻ trong vũ trụ, nó là một qua cầu khí không 16 nóng sáng, là lò phản ứng hạt nhân tự nhiên tỏa ra năng lượng vô cùng lớn và nơi vật chat tôn tại dưới dang plasma. Ta chỉ có thể nghiên cứu sao thông qua bức xạ của nó gửi đến trái đất từ đó ta có thẻ xác định được các đại lượng như cấp sao nhìn thấy, cấp sao tuyệt đối từ các đại lượng trên ta có thê biết được các thông tin cơ bản của ngôi sao như bán kính, khối lượng, nhiệt độ.
Từ đó ta có thé dự đoán được các quá trình vat lý diễn ra trên bê mặt của ngôi sao. Dựa vào bức xạ của sao ta có thẻ chia sao thành hai loại chính là: sao thường và sao biến quang. Sao thưởng là sao ở giai đoạn ôn định cho bức xạ không đôi do đó nhiệt độ, cấp sao,. gần như không đôi.
Sao biến quang là sao có cường độ sáng thay đổi.2 Sao biến quang Sao biến quang là những ngôi sao có độ sáng thay đôi đáng kê do các quá trình vật lí bên trong, trên hoặc xung quanh ngôi sao. Có nhiều loại sao biến quang va mỗi loại đại điện cho một cách thay đôi khác nhau của ngôi sao. Các ngôi sao có thé thay đổi kích thước, hình dang hoặc nhiệt độ theo thời gian, chúng có thẻ thay đôi nhanh chóng cường độ bức xạ do các quá trình vật lý xung quanh ngôi sao (bôi tu và phun trào) hoặc sự thay đổi này có thé bị che khuất bởi các ngôi sao hoặc hành tỉnh trên quỹ đạo xung quanh chúng. Điều quan trọng là một cái gì đó đang xảy ra về mặt vật lý đối với chính ngôi sao hoặc ở khu vực lân cận [6].
Ta có thé thay một ngôi sao lap lánh trên bau trời, nhưng sự biến đôi đó có thé do bau khí quyền Trái Dat. Các ngôi sao biến quang tự thay đôi. không phụ thuộc vào bat cứ điều gì xảy ra ở đây trên Trái đất. [6] Các ngôi sao biến quang được ví như một phòng thí nghiệm trong vũ trụ, nếu chúng ta có thé hiểu được ánh sáng từ một ngôi sao biến quang thay đổi như thé nao thi chúng ta có thé hiểu các quá trình vat lý diễn ra ở ngôi sao.
Nghiên cứu sao bién quang có thé cho chúng ta biết về quá trình tiễn hóa sao từ lúc hình thành đến lúc chết, từ đó giúp ta xây dựng một bức tranh hoàn chỉnh hơn về vũ trụ mà chúng ta đang sống. Các nhà khoa học chia sao biến quang thành ba loại chính đó là sao biến quang co nở, sao biến quang đột biến, và sao biến quang do che khuất. Mỗi loại sao biến quang có những đặc điểm riêng. Sao biến quang do che khuất là các hệ sao đôi (Binary — stars) hay hệ sao kép (Doubles-stars).