Определяне на разстоянието до Свръхновата звезда sn 1987А



Дата09.09.2016
Размер73.81 Kb.
ТипЗадача
Практическо упражнение

Определяне на разстоянието до
Свръхновата звезда SN 1987А



Адаптация: Диана Кюркчиева1, Веселка Радева1,2
1Шуменски Университет “Епископ Константин Преславски“

2Народна астрономическа обсерватория и планетариум - Варна
Оригиналният вариант [1] на това упражнение може да се намери на адрес:

http:/www.astroex.org/english/index.php

Работен лист за изпълнителя
Цел: Определяне разстоянието до Свръхновата звезда SN 1987A по изображение, получено от космическия телескоп Хъбл
Метод: Анализ на геометрията и наблюдаваните явления на вътрешния пръстен на SN 1987A

Задачи за изпълнение:
Задача 1: Да се определи мащаба на изображението к (дъгови секунди/мм) на Фиг. 1 като се измерят линейните разстояния между звездите 1, 2 и 3 и се използват известните от наблюденията ъглови разстояния между тях: 3 дъгови секунди между звезди 1 и 2; 1.4 дъгови секунди между звезди 1 и 3; 4.3 дъгови секунди между звезди 3 и 2.

Задача 2: Използвайки получената стойност за к определете ъгловия диаметър d на вътрешния пръстен на SN 1987A (Фиг. 1).

За целта измерете голямата ос на проекционната му елипса върху изображението в мм и превърнете резултата в ъглови единици.

Задача 3: Определете наклона i на вътрешния пръстен на SN 1987A спрямо видимата равнина.

За целта измерете голямата и малката ос на проекционната му елипса и изчислете наклона на базата на геометрични съображения.




Фиг. 1. Изображение на областта около SN 1987A, получено от Хъбл

през февруари 1994 г.
Задача 4: Определете линейния диаметър D на вътрешния пръстен.

За целта: а) изчислете разликата в разстоянията на най-близката и най-далечната точка на пръстена до Земята; б) определете от Фиг. 2 времевия интервал t за достигане на максимума на блясъка на пръстена, който представлява разлика в моментите на достигане на светлината от най-далечната и най-близката точка на пръстена до наблюдателя.




Фиг.2. Наблюдателна крива на блясъка на вътрешния пръстен


Забележка: При изчислението използвайте приближението, че радиус-векторите на най-близката и най-далечната точка на пръстена до Земята са успоредни, което е вярно тъй като диаметърът на пръстена е много по-малък от разстоянието му до Земята.

Задача 5: Изчислете разстоянието r на SN 1987A до Земята

За целта използвайте получените стойности за ъгловия размер d на пръстена и линейния му размер D.



Получени резултати от изпълнението на задачите:
Задача 1:
Таблица

k = [arcsec/mm]
Задача 2:
d = [mm] ; d = kd = [arcsec] =[rad]
Задача 3:
b = [mm] ; b = kb = [arcsec]
i = arccos(b /a) =
Задача 4:
t =[дни] =[sec]
ct = Dsini = [m]
D = [m]
Задача 5:
r = D/d = [m] = [pc]

Методически указания за преподавателите
Необходими материали: работен лист, съдържащ фигури 1-2, текста на задачите и форма за записване на резултатите, калкулатор

Времетраене: 2 учебни часа

Въвеждаща предварителна информация на преподавателя относно:

а) явлението избухване на Свръхнова звезда – грандиозно рядко събитие, свързано със смъртта на масивните звезди, когато техният блясък става съизмерим с блясъка на галактиката, в която се намират; при избухването звездата изхвърля взривообразно външните си слоеве, които постепенно се разширяват и са видими в продължение на хиляди години докато постепенно не се разсеят в междузвездното пространство; гравитационният колапс на централната област на избухналата звезда води до формиране на неутронна звезда [2];


б) абревиатура на имената на Свръхновите - SN e съкращение от Supernovae (Свръхнова), 1987 е годината на избухването, "А" означава, че това е първата Свръхнова за тази година;


в) Свръхновата SN 1987A (тип SNII, но се оказва, че избухва син, а не червен свръхгигант, както се очаква при SNII; местоположение - в галактиката Голям Магеланов Облак (Фиг. 3-4); първата Свръхнова, видима с невъоръжено око от 400 години насам; външната и обвивка изхвърлена със скорост 0.1с; първата Свръхнова, за която има крива на блясъка за цялото избухване; първата Свръхнова, от която е регистриран неутринен поток, предхождащ с няколко часа увеличението на блясъка в оптичния диапазон; първата Свръхнова, за която наблюдателно е потвърден процеса на радиоактивен разпад след максимума на избухването)

Фигура 3. Големият Магеланов Облак: малка неправилна галактика, една от най-близките до Млечния път; състои се от звезди, прах и газ (изображението е получено със Шмидт-телескопа на Южната Европейска Обсерватория)


Фигура 4: Вляво - мъглявината Тарантула след избухването на Свръхновата (стрелката сочи положението и); вдясно - мъглявината Тарантула в Големия Магеланов Облак преди избухването на SN 1987A на 23 февруари 1987 г.

г) изображението (Фиг. 1), получено от космическия телескоп Хъбл (Фиг.5) 7 години след избухването на 23.02.1987 г., показва 3 кръгли мъглявини около SN 1987A - вътрешен и два външни пръстена

Фиг. 5. Космическият телескоп Хъбл
- вътрешен пръстен (достатъчно далеч от SN 1987A, за да е изхвърлен при експлозията; вероятно резултат от звездния вятър на умиращата звезда преди експлозията; започва да свети, когато у.в. излъчване от SN 1987A достигне до него; изглежда сплеснат поради това, че е наклонен към видимата равнина на наблюдателя [3])


(Фиг.6); предполага се, че са резултат от изхвърляне на газ от родителската звезда преди около 20000 години; правилната им кръгла форма е необяснима, тъй като е логично да се приеме, че звездата изхвърля външните си слоеве изотропно; предполага се присъствие на компактен обект (неутронна звезда или черна дупка) около избухналия свръхгигант, чието излъчване е концентрирано в тесни диаметрално противоположни конуси, осветяващи и “рисуващи” тези пръстени).

Фигура 6: а) Така биха изглеждали пръстените на SN 1987A ако ги наблюдавахме от по-голям ъгъл; б) от гледната точка на Хъбл трите пръстена изглеждат в една равнина
д). От наблюденията е установено, че различните части на вътрешния пръстен започват да светят последователно (Фиг.7), докато накрая се освети целия пръстен, което може да се обясни по следния начин. Пръстенът е кръг, чиито център съвпада с този на Свръхновата и излъчването от нея достига до всички негови части едновременно. Ако той беше във видимата равнина на наблюдателя, бихме регистрирали, че целият пръстен започва да свети едновременно. Но поради това, че пръстенът е наклонен към видимата равнина (за което свидетелства елиптичната му форма), до нас достига първо светлината от най-близките му части и постепенно от по-отдалечените (поради различното разстояние до тях и крайната скорост на разпространение на светлината). Тъй като газът на пръстена продължава да свети докато излъчването на централната звезда преминава през него и след това светенето бавно отслабва, то общият блясък от пръстена достига максимум в момента, когато става видим целият му контур. От наблюденията е известна кривата на блясъка на пръстена (Фиг. 2), по която може да се определи времевия интервал за достигане на максимален блясък. Това позволява да се изчисли разликата между разстоянията на най-далечната и най-близката точка от пръстена до Земята (в линейни единици), а оттам на базата на измерения ъглов размер на пръстена да се определи растоянието до него [4,5].



Фиг.7. Постепенно осветяване на вътрешния пръстен на SN 1987A




Фиг.2. Наблюдателна крива на блясъка на вътрешния пръстен


Така по естествен път преподавателят стига до формулиране на целта на упражнението и метода, който ще се използва. След това той описва процедурата за постигане на целта, т.е. логическата последователност на задачите, давайки кратки указания към тях.

При затруднение в изпълнението на Задача 3 за определяне на наклона на пръстена, преподавателят може да начертае на дъската Фиг. 8, на която точките А и В са съответно най-близката и най-отдалечената точка от пръстена, а разстоянието AB между проекциите им върху видимата равнина представлява малката ос на проекционната елипса на пръстена от Фиг.1. Тогава наклонът i се изчислява от формулата cosi= AB / AB , където AB е измерената голяма ос на проекционната елипса на пръстена от Фиг.1.




Фиг. 8.
Фиг. 8 може да се използва и за допълнителни разяснения при решаването на Задача 4, като се обясни, че светлината от т. В изминава по-дълго разстояние до наблюдателя от тази на т. А и закъснението е точно равно на времевия интервал за достигане на максимума на блясъка на пръстена (Фиг. 2).


След изпълнение на задачите в края на упражнението преподавателят следва да направи заключението, че определянето на разстоянието до SN 1987А, която се намира в Големия Магеланов облак, означава определяне на разстоянието до тази близка галактика. Ако това разстояние бъде точно определено, това ще доведе до уточняване на разстоянията до по-далечните галактики, а оттам и до уточняване на параметрите и модела на Вселената, което е един от най-съществените проблеми за астрономията.
Чрез това упражнение се постигат следните дидактически цели:

  • достъп до актуални данни за астрономически обект;

  • запознаване със съвременни методи за определяне на разстояния

до астрономически обекти, които не са включени в стандартното учебно съдържание;

  • прилагане в конкретна ситуация на знания от физиката и

геометрията;

  • усвояване на умения за работа с изображения.


Литература





  1. Olеsen A., Christensen L., Brauer J., Bacher A., The ESA/ESO astronomy exercise

series, Exercise 1

  1. Попов Хр., Лалов Ив., Матеев М., Голев В., Иванов Др., 2002, Физика и астрономия за 12. клас, София, Просвета

  2. Gould A., 1994, ApJ 425, 51

  3. Panagia N., Gilmozzi R., Macchetto F., Adorf H., Kirshner R., 1991, ApJ 380, L23

  4. Jakobsen P. et alk., 1991, ApJ 369, L63

Забележка: Номерацията на фигурите в Методическите указания не следва естествения ред, за да се осигури съответствие с номерацията в работния лист.






Каталог: prakticheski%20uprajnenia
prakticheski%20uprajnenia -> Практическо упражнение “Определяне на разстоянието до галактиката М100 по метода на фотометричните паралакси”
prakticheski%20uprajnenia -> Практическо упражнение по астрономия “определяне на разстоянието до сферичния звезден куп м 12
prakticheski%20uprajnenia -> “определяне на разстоянието до планетарната мъглявина котешко око”
prakticheski%20uprajnenia -> Практическо упражнение по астрономия “определяне на разстоянието до свръхновата звезда sn 1987A”
prakticheski%20uprajnenia -> Практическо упражнение по астрономия “определяне на разстоянието до галактиката м100 по метода на фотометричните паралакси”
prakticheski%20uprajnenia -> Практическо упражнение по астрономия определяне на разстоянието до


Поделитесь с Вашими друзьями:




База данных защищена авторским правом ©obuch.info 2020
отнасят до администрацията

    Начална страница