Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://crydee.sai.msu.ru/~konon/Book/ch4L/node15.html
Дата изменения: Wed Nov 5 23:34:51 1997
Дата индексирования: Tue Oct 2 01:08:13 2012
Кодировка: koi8-r

Поисковые слова: дисперсия скоростей
Решения: Галактика



previous up next
Next: Туманности и межзвездная среда Up: Задачи Previous: Двойные и переменные звезды

Решения

14. Галактика


gif 14.1 Расстояние до alphaCen -- это 4/3 пк, или tex2html_wrap_inline6329 а.е. Поэтому Земля проходит такой путь за tex2html_wrap_inline6331 лет. Но это -- характерное расстояние между звездами в окрестности Солнца, а орбитальная скорость Земли 30 км/с -- того же порядка, что и пространственные скорости пекулярных движений звезд. Значит, относительное расположение близких звезд в пространстве, а потому и вид звездного неба как раз и меняется за такое время, т.е. за десятки тысяч лет.


gif 14.2 Параллактический эллипс звезды имеет большую и малую полуоси, отношение которых tex2html_wrap_inline6333, где tex2html_wrap_inline5891 -- эклиптическая широта звезды. Эксцентриситет tex2html_wrap_inline6337. Дева -- зодиакальное созвездие, и значит, у Спики (tex2html_wrap_inline3151Vir) tex2html_wrap_inline5891 близко к нулю. Эксцентриситет почти равен единице, т.е. параллактический эллипс вырождается в отрезок. Далее, поскольку угол наклона эклиптики к экватору tex2html_wrap_inline3397, а Полярная находится рядом с северным полюсом мира, ее эклиптическая широта tex2html_wrap_inline6345, откуда tex2html_wrap_inline6347.


gif 14.3 Тангенциальная скорость звезды tex2html_wrap_inline6349, выраженная в км/с, связана с ее собственным движением tex2html_wrap_inline5709 (угл. сек./год) следующим образом:
displaymath6353
где r -- расстояние до звезды в парсеках, т.е. величина, обратная параллаксу tex2html_wrap_inline5375 (в секундах дуги). Коэффициент пропорциональности 4.74 в этой формуле -- это множитель, переводящий скорости из а.е./год в км/с. Действительно, мы имеем tex2html_wrap_inline6359, так что tex2html_wrap_inline6361. Для "летящей звезды Барнарда" находим
displaymath6363


gif 14.4 Мы имеем 1а.е./год = 4.74 км/сtex2html_wrap_inline6365 км/с. Поэтому наша звезда проходит за год путь в tex2html_wrap_inline3977 а.е. С расстояния в 10 пк этот путь будет виден под углом 1tex2html_wrap_inline6369. Следовательно, tex2html_wrap_inline5719 угл. сек./год.


gif 14.5 Известно, что абсолютная звездная величина в полосе V равна нулю для звезд главной последовательности поздних подклассов B, примерно B7 -- B8. Мы не сильно ошибемся, приняв ее равной нулю и для звезд спектрального класса A0V. Так как видимая звездная величина Веги тоже близка к нулю, то в соответствии с определением абсолютной величины можно сделать вывод, что Вега находится на расстоянии около 10пк и, следовательно, ее параллакс порядка tex2html_wrap_inline6375.

На самом деле для Веги tex2html_wrap_inline6377, и поэтому она находится немного ближе. Однако из формулы
displaymath6379
ясно, что ошибка на 0.5tex2html_wrap_inline5165 в абсолютной величине дает поправку к tex2html_wrap_inline6383, равную лишь 0.1, т.е. множитель 0.8 в самом расстоянии r. И действительно, расстояние до Веги составляет 8.1 пк.


gif 14.6 Сверхновая вспыхнула около 950 лет назад (точнее, порожденное взрывом излучение достигло Земли 950 лет назад), а скорость расширения туманности 1200 км/с. Поэтому характерный линейный размер современного Краба tex2html_wrap_inline6387 км, или 1 пк. Соответствующий угловой размер составляет tex2html_wrap_inline6389 рад. Отсюда расстояние tex2html_wrap_inline6391 кпк (на самом деле -- чуть больше, около 2 кпк).


gif 14.7 Равенство периодов цефеид влечет равенство светимостей. Поэтому разность видимых звездных величин обусловлена только разностью расстояний tex2html_wrap_inline5135. Последняя не превосходит диаметра туманности Андромеды, который по порядку величины равен диаметру нашей Галактики: tex2html_wrap_inline6395 кпк. Разность звездных величин вычислим по формуле задачи gif:
displaymath6397
Здесь мы молчаливо приняли, что галактика M31 видна почти с ребра. Это действительно так (см. задачу gif).

Разность в tex2html_wrap_inline6399 слишком мала, чтобы по ней можно было бы уверенно сказать, которая из цефеид ближе к нам.


gif 14.8 Поскольку пять звезд, о которых идет речь, расположены близко друг к другу на небе, схожи по блеску и цвету и обладают практически одинаковыми собственными движениями и лучевыми скоростями, естественно предположить, что они образуют группу пространственно близких звезд. Фактически они являются членами одного рассеянного скопления и потому находятся примерно на одном и том же расстоянии от нас. Для оценки этого расстояния заметим прежде всего, что звезды ковша белые, их спектральный класс близок к A0. Поэтому их абсолютная величина должна быть близка к нулю (см. задачу gif). Видимая же их величина примерно tex2html_wrap_inline6401 -- звезды ковша яркие. Из формулы
displaymath6379
при M=0 и m=2 находим, что tex2html_wrap_inline6409, откуда tex2html_wrap_inline6411пк.

Мы получили очень хорошую оценку расстояния. И на самом деле расстояние "до ковша" -- 25 пк.


gif 14.9 Источники УН-диапазона либо являются близкими (расстояния до tex2html_wrap_inline6413 пк), либо находятся на космологических расстояниях (последняя возможность имеется только в том случае, если Галактика прозрачна для УН-излучения). Расстояния до ИН-источников -- сотни парсек или несколько килопарсек (но заметно меньше расстояния до центра Галактики).

В течение тридцати лет астрономы время от времени фиксировали со спутников кратковременные всплески tex2html_wrap_inline6415-излучения. Всего было зарегистрировано более 3000 таких событий. Распределение источников tex2html_wrap_inline6415-всплесков по небу оказалось более или менее равномерным -- как и у выдуманных нами источников УН-диапазона. Все тридцать лет шла дискуссия о том, являются ли источники tex2html_wrap_inline6415-всплесков близкими или, наоборот, очень далекими ("космологическими") объектами. В мае 1997 г. проблема была, наконец, решена, когда один из tex2html_wrap_inline6415-всплесков был надежно отождествлен с далеким внегалактическим объектом (параметр красного смещения z = 0.84). Оказалось, что tex2html_wrap_inline6415-всплески -- это самые мощные из всех взрывов, которые до сих пор наблюдались во Вселенной (Большой Взрыв -- не в счет, наблюдаются лишь его последствия, а не он сам). Это одно из крупнейших астрономических открытий последнего времени.


gif 14.10 Приравниваем центробежную силу к силе притяжения, что дает
displaymath4139
Мы имеем v=250 км/с, r=8 кпк. В результате находим, что tex2html_wrap_inline6433. Очевидно, что это нижняя оценка. Действительная масса Галактики, возможно, на порядок больше.

Для многих спиральных галактик зависимость скорости вращения v от расстояния до центра r была тщательно измерена, в частности, по доплеровским смещениям радиолинии нейтрального водорода tex2html_wrap_inline6439 см. Оказалось, что на больших расстояниях -- там, где видимый в оптике звездный диск уже кончается -- зависимость tex2html_wrap_inline6441 не выполняется. Кривые, дающие v в функции r, как говорят, плоские: начиная с расстояния в несколько килопарсеков, грубо говоря tex2html_wrap_inline6447. Это свидетельствует о том, что в спиральных галактиках на значительных расстояниях от центра, в том числе и там, где звездный диск уже перестает быть виден, находится значительная масса. Природа этой так называемой скрытой массы -- "скрытой" потому, что она не дает практически никакого вклада в излучение -- является по сей день предметом жарких споров.



HTML by Igor Drozdovsky
Sun Oct 26 14:40:19 MSK 1997