IAO 2016, Практически тур — αβ-7. Начална функция на масите и свръхновите

XXI Международная астрономическая олимпиада · XXI International Astronomy Olympiad · Болгария, Пампорово-Смолян 5 – 13. X. 2016 · Round: Prac · 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

Еволюцията на единична звезда зависи преди всичко от нейната маса, затова масата е най-важният параметър на звездите. Смята се, че разпределението на звездите по маси в момента на тяхното раждане (известно също като начална функция на масите, Initial Mass Function – IMF), има универсален характер.

На Фиг. 2 е дадена началната функция на масите в логаритмична скала в съответствие с два различни модела. Данните от наблюденията са представени в равни интервали, заедно с грешките. По оста Y е нанесено относителното количество звезди (Δn/Δlg⁡M\Delta n / \Delta \lg M) с дадена маса.

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

7.1. Скоростта на звездообразуване в нашата Галактика е примерно равна на ΔM/Δt=8 M⊙\Delta M / \Delta t = 8\ M_{\odot} за година. Звездите с маси по-големи от 8 M⊙8\ M_{\odot} се взривяват като свръхнови с гравитационен колапс на ядрото. Оценете честотата на поява на свръхнови с гравитационен колапс на ядрото в нашата Галактика (с други думи – колко често избухват свръхнови от дадения тип в нашата Галактика).

Подсказване: Каква е средната начална маса MSNM_{SN} на една свръхнова? Каква част qq от общата маса на образуващите се звезди участва във формирането на свръхновите (0<q<10 < q < 1)? Намерете отговорите на тези въпроси като направите измервания по графиката на IMF на Фиг. 2. [6 т.]

7.2. Каква е честотата ff (в единици година−1^{-1}) на поява на непосредствено наблюдаеми свръхнови в Млечния път? Ако тази честота е съществено различна от получения от вас резултат в 7.1., дайте обяснение за това чрез изобразяване на същността на явлението върху схема, а при необходимост също и с много кратък текст (не повече от 20 думи). [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: bgpract.pdf · официални решения: practical_7ab-solution.pdf · допълнителни данни: practical_7ab.pdf · допълнителни данни: data_1.png · допълнителни данни: data_2.png · допълнителни данни: practical_6a-solution.pdf · допълнителни данни: practical_6b-solution.pdf · допълнителни данни: practical_6a.pdf · допълнителни данни: practical_6b.pdf