IAO 2016, Практически тур — Задача 7. αβ-7. Начальная функция масс и сверхновые

XXI Международная астрономическая олимпиада · XXI International Astronomy Olympiad · Болгария, Пампорово-Смолян 5 – 13. X. 2016 · Round: Prac · Group: α β · Задачи практического тура · 5 октомври 2016 г. · 8 т.

Source recovery / Източници

The original Russian/Bulgarian questions are retained as a distinct language edition. Missing figures and data are supplied from the matching English originals. Official solutions remain in their original English; no Russian or Bulgarian official key occurs in the complete year inventory. Part points come from the official keys.

Условие

Эволюция одиночной звезды зависит исключительно от её массы, поэтому масса является самым важным параметром звёзд. Считается, что распределение звёзд по их массе в момент рождения (известное также как начальная функция масс, Initial Mass Function – IMF) является универсальным.

На Рис.2 представлена начальная функция масс в логарифмической шкале в соответсвии с двумя различными моделями. Данные наблюдения представленны в равных интервалах, вместе с ошибками. По оси Y показано относительное количество звёзд (Δn/ΔlgM) с заданной массой.

Figure 2 from the English original: IMF data, logarithmic axes and two model curves

7.1. Скорость зведообразования в нашей Галактике примерно равна 8 M⊙M_{\odot} в год. Звёзды с массой больше 8 M⊙M_{\odot} взрываются как сверхновые с гравитационным коллапсом ядра. Оцените частоту появления сверхновых с гравитационным коллапсом ядра в нашей Галактике (другими словами – как часто взрываются сверхновые данного типа в нашей Галактике).

Подсказка: Какова средняя начальная масса ядра сверхновой? Какой процент от общей массы образования звёзд участвует в формировании сверхновых? Найдите ответы на эти вопросы, выполнив измерения на графике IMF на Рис.2. [6 т.]

7.2. Какова частота f (в единицах год−1^{-1}) появления напосредственно наблюдаемых суперновых в Млечном Пути? Если эта частота существенно отлична от полученного Вами результата в 7.1., дайте этому объяснение путём изображения сути явления на схеме, а в случае необходимости также очень короткого текста (не более 20 слов). [2 т.]

Отговори

Решение

Справочный лист 2016: параметры орбит, тел и звёзд

Дополнительный справочный лист из архива того же года; в шапке напечатано «Theo». Ограничения на использование дополнительных данных в отдельных пунктах условия сохраняются.

BodyDistance (AU)Distance (10⁶ km)Period (tropical years)Period (days)EccentricityEquatorial diameter (km)Mass (10²⁴ kg)Density (g/cm³)Gravity (m/s²)Maximum magnitudeAlbedo
Sun1.6⋅1091.6\cdot10^92.5⋅10112.5\cdot10^{11}2.2⋅1082.2\cdot10^88⋅10108\cdot10^{10}139200019890001.409−26.8
Mercury0.38757.90.24187.9690.20648790.33025.433.70−2.20.06
Venus0.723108.20.615224.7010.007121044.86905.248.87−4.70.78
Earth1.000149.61.000365.2560.017127565.97425.5159.810.36
Moon0.002570.384400.074827.32170.05534750.07353.341.62−12.70.07
Mars1.524227.91.880686.9800.09367940.64193.943.71−2.00.15
Ceres2.774144.6016810.0779630.00092.160.276.70.09
Jupiter5.204778.611.8624332.590.0481429841899.81.3324.86−2.70.66
Saturn9.5841433.729.45810759.200.054120536568.500.7010.410.70.68
Uranus19.1912871.084.01530685.930.0465111886.6251.308.445.50.74
Neptune30.0714498.6164.77860187.640.00849532102.781.7611.207.80.58
Pluto39.4825906.4248.09906130.24923740.01301.860.6115.10.6
Makemake45.4365906.4306.281118670.16315020.0031.700.400.77
Eris67.668102105572035000.44123260.01672.520.680.90

For outer planets and Moon — in mean opposition. Blank cells are blank in the source.

Данные о некоторых звёздах / Data of some stars

NameDesignationRADECDistanceMagnitudeTemperatureMass
Солнце / Sun☉0h–24h−23°26′ to +23°26′1 au−26.745777 K1 M☉
Бетельгейзе / Betelgeuseα Ori05h55m10s07°24′25″197 pc0.53590 K11.6 M☉
Альфа Центавра / Alpha Centauri A; Bα Cen14h39m36s−60°50′07″1.33 pc−0.01; 1.335810 K; 5260 K1.11 M☉; 0.93 M☉

В таблице Makemake напечатано 45.436 au и 5906.4 млн км; оба исходных значения сохранены. Звёздная величина Солнца напечатана −26.8 в планетной таблице и −26.74 в таблице звёзд.

Справочный лист 2016: константы и формулы

Дополнительный справочный лист из архива того же года; в шапке напечатано «Theo». Ограничения на использование дополнительных данных в отдельных пунктах условия сохраняются.

Constant or formulaValue
Speed of light in vacuum c (m/s)299792458
Constant of gravitation G (N·m²/kg²)6.674⋅10−116.674\cdot10^{-11}
Solar constant A (W/m²)1367
Hubble parameter H₀ (km/s/Mpc), mean68
Hubble parameter, range50–100
Planck constant h (J·s)6.626⋅10−346.626\cdot10^{-34}
Charge of electron e (C)1.602⋅10−191.602\cdot10^{-19}
Mass of electron mₑ (kg)9.109⋅10−319.109\cdot10^{-31}
Proton-to-electron ratio1836.15
Faraday constant F (C/mol)96485
Magnetic constant μ₀ (H/m)1.257⋅10−61.257\cdot10^{-6}
Universal gas constant R (J/mol/K)8.314
Boltzmann constant k (J/K)1.381⋅10−231.381\cdot10^{-23}
Stefan–Boltzmann constant σ (W/m²/K⁴)5.670⋅10−85.670\cdot10^{-8}
Wien displacement constant b (m·K)0.002897
Laboratory wavelength Hα (Å)6562.81
Tropical year length T (days)365.242199
Sidereal year length T (days)365.25636
Anomalistic year length T (days)365.259636
Nodal period of lunar orbit (years)−18.6
Standard atmosphere (Pa)101325
Visible light extinction by terrestrial atmosphere in zenith (minimum)19%, 0.23 magnitudes
Height of homogeneous atmosphere (m)7991
Refractive index of water for 20°C n1.334
Moment of inertia of a solid ballI=25MR2I=\frac25MR^2
Moment of inertia of sphereI=23MR2I=\frac23MR^2
Volume of a ballV=43πR3V=\frac43\pi R^3
Area of sphereS=4πR2S=4\pi R^2
π3.14159265
e2.71828183
Golden ratio φ1.61803399

Оригинал в Архива: 7ab_ru.pdf · официални решения: practical_7ab-solution.pdf · допълнителни данни: practical_7ab.pdf · допълнителни данни: data_1.png · допълнителни данни: data_2.png