Tính chất vật lý của đĩa khí và bụi quanh sao trẻ

Từ năm 2017 đến 2019, TS. Phạm Ngọc Điệp cùng các cộng sự tại Trung tâm Vũ trụ Việt Nam đã thực hiện đề tài: “Tính chất vật lý của đĩa khí và bụi quanh sao trẻ”. Mục tiêu cuối cùng của đề tài nhằm đóng góp những hiểu biết mới về cấu trúc, động học, thành phần hóa học và sự tiến hóa của đĩa tiền hành tinh, đối tượng có liên hệ chặt chẽ với sự hình thành hành tinh ở giai đoạn sớm nhất của nó.

Sau 2 năm nghiên cứu, đề tài đã thu được các kết quả sau:

1) Với đĩa thiên thạch 49 Ceti: Nghiên cứu cho thấy cả đĩa khí CO và bụi của nó có cùng góc vị trí và độ nghiêng nhưng đĩa khí đồng nhất hơn và mỏng hơn so với đĩa bụi; có sự thiếu hụt đáng kể phát xạ CO(3-2) quan sát được ở vận tốc Doppler khác với vận tốc chung của hệ sao trong phạm vi 1 km/s; xây dựng mô hình hiện tượng luận đơn giản với ít tham số mô tả tốt phát xạ CO(3-2) và phát xạ liên tục tại tần số 350 GHz phù hợp với quan sát. Các kết quả nghiên cứu về 49 Ceti được thảo luận trong khuôn khổ bức tranh chung được chấp nhận hiện nay về đĩa thiên thạch.

2) Đĩa tiền hành tinh GG Tau, tiêu biểu cho đĩa tiền hành tinh hệ sao đôi, là đĩa có khối lượng khí và bụi cao, phát xạ mạnh khiến nó trở thành một đối tượng lý tưởng trong nghiên cứu hình thành hành tinh trên hệ đa sao. Nghiên cứu đưa ra bằng chứng cho thấy đây là một đĩa khí và bụi đồng tâm và đồng phẳng. Nhiều nghiên cứu chi tiết tính chất của đĩa khí được thực hiện. Giới hạn trên với mức độ tin cậy 95% về độ dày của đĩa tại khoảng cách 140 đơn vị thiên văn (au) từ sao trung tâm là 34 au, trước đó chưa có phép đo về độ dầy của đĩa. Chuyển động của đĩa là chuyển động Kepler với tốc độ quay đo được bằng 3,1 km/s tại khoảng cách 140 au từ ngôi sao trung tâm. Ngoài ra, nhóm nghiên cứu còn xác định được giới hạn về mức đóng góp tương đối của tốc độ rơi vật chất vào tâm so với tốc độ quay. Phân bố cường độ phát xạ trên đĩa được nghiên cứu chi tiết, cho thấy sự hiện diện của một khu vực phát xạ mạnh ở góc phần tư phía đông nam của đĩa, bằng chứng cho thấy sự tích luỹ vật chất của quá trình hình thành hành tinh. Nghiên cứu cũng cho thấy biến thiên cường độ phát xạ có tương quan với biến thiên độ rộng vạch phổ. Những yếu tố ảnh hưởng đến độ rộng phổ được xem xét, cho thấy ở khoảng cách gần sao nhiệt độ và độ mờ của đĩa tăng. Với GG Tau, các tác giả đã lần đầu tiên phát hiện phát xạ H2S từ một đĩa tiền hành tinh (kết quả đăng trên tạp chí Q1 do thành viên đề tài là tác giả đầu), các nhà nghiên cứu đo cường độ phát xạ H2S và so sánh với mô hình mô tả tiến hoá hoá học tốt nhất mô tả H2S trên đĩa tiền hành tinh. Sự chênh lệch giữa mô hình dự đoán và kết quả đo đưa ra thách thức cho mô hình mô tả thành phần hoá học của đĩa tiền hành tinh.

3) Đĩa tiền hành tinh sao đơn với cấu trúc vành khăn HD 163296, một trong số ít đĩa tìm thấy có cấu trúc vành khăn. HD 163296 cho thấy có hai vành khăn tối (phát xạ suy giảm) trên đĩa bụi (không thấy cấu trúc này trên đĩa khí của nó). Cấu trúc vành khăn của đĩa được cho là do hành tinh mới hình thành tạo nên, trong quá trình chuyển động quanh sao chính. Tuy nhiên, cũng có những cơ chế khác có thể tạo nên vành khăn tối này như sự tích tụ của bụi tại vùng có nhiễu loạn thấp. Nếu vành tối được tạo bởi hành tinh thì tại vị trí của chúng mật độ cả khí và bụi đều suy giảm, còn do nguyên nhân như tích tụ bụi thì chỉ có mật độ của bụi suy giảm còn của khí không đổi. Nhóm nghiên cứu sử dụng số liệu tốt nhất mở cho cộng đồng về hệ đĩa này để nghiên cứu kỹ đặc tính của đĩa nó. Một trong số đóng góp mới của nghiên cứu chỉ ra bằng chứng mà tác giả trước đó tuyên bố về sự tồn tại của hành tinh cần phải xem xét lại. Kết quả là không thấy sự biến đổi về mật độ của khí tại vị trí vành tối với số liệu mới, và số lượng vành tối chỉ là hai so với ba như tác giả trước đó tuyên bố.

Trong khuôn khổ đề tài, một số đóng góp mới trong nghiên cứu đĩa tiền hành tinh đã được thực hiện. Hiểu rõ đĩa tiền hành tinh sẽ giúp chúng ta hiểu hơn sự hình thành của khoảng 4000 ngoại hành tinh được phát hiện cho đến nay và cả hành tinh trong chính hệ mặt trời của chúng ta.

Kết quả đề tài đã được công bố trên tạp chí quốc tế.

Có thể tìm đọc báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 16270/2019) tại Cục Thông tin Khoa học và Công nghệ Quốc gia.

N.P.D (NASATI)