IOAA 2015, Анализ на данни — Задача 1
Задачи за анализ на данни
Внимание: Бележка към темата
Официалното решение е запазено на английски, включително отпечатаните числени несъответствия. В него няма отделен отговор за средната лъчева скорост, поискана в задача 1(d).
Instruction — Data Analysis Round
- Write your answer on the answer-sheet only. You can use more than one sheet for one problem. Please ask the organizer for the additional answer-sheets.
- Different problems should be done on different sheets.
- You can use your own calculator without program and graphic facility.
- Draw the graphic in the milimeter-block provided.
- In this exam, you don’t need to calculate errors
Условие
В Таблици 1, 2 и 3 са дадени фотометрични данни и данни за лъчевата скорост на цеферидата HV 2257, които се базират на наблюденията, извършени от Гирен (MNRAS vol 265, 1993). Периодът на пулсация на звездата е дни. На Фигура 1 е дадена графика, показваща зависимостта между температурата и цветовия индекс (V – R) (Houdashelt et al., 2000). В Таблица 4 (http://xoomer.virgilio.it/hrtrace/Straizys.htm) е представена зависимостта между температурата на звездите и болометричната поправка.
Дадено е също така, че светимостта на Слънцето е , а абсолютната му звездна величина е . Моля, не използвайте зависимостта период-светимост от втората задача.
a. Начертайте крива на блясъка на звездата, за фази между 0.6 и 1, използвайки данните от Таблица 1.
b. Начертайте графика, показваща изменението на цветовия индекс (V-R) като функция на фазата, за фази от 0.6 до 1, използвайки данните от Таблица 2.
c. Начертайте крива на лъчевата скорост, за фази между 0.6 и 1, използвайки данните от Таблица 3.
d. Пресметнете средната лъчева скорост на звездата.
e. Пресметнете разстоянието до тази пулсираща звезда, използвайки наблюдателните данни и допълнителната информация, дадена в Таблица 4 и на Фигура 1. Приемаме, че в това направление няма никакво поглъщане.
Фигура 1

Таблица 1
| Фаза | V mag |
|---|---|
| 0.11 | 12.81 |
| 0.13 | 12.84 |
| 0.14 | 12.87 |
| 0.16 | 12.88 |
| 0.19 | 12.90 |
| 0.19 | 12.94 |
| 0.24 | 12.99 |
| 0.43 | 13.32 |
| 0.46 | 13.31 |
| 0.46 | 13.32 |
| 0.51 | 13.36 |
| 0.54 | 13.41 |
| 0.54 | 13.45 |
| 0.56 | 13.46 |
| 0.59 | 13.53 |
| 0.59 | 13.52 |
| 0.61 | 13.55 |
| 0.64 | 13.60 |
| 0.64 | 13.62 |
| 0.72 | 13.68 |
| 0.74 | 13.61 |
| 0.77 | 13.45 |
| 0.79 | 13.18 |
| 0.80 | 13.12 |
| 0.80 | 13.07 |
| 0.82 | 12.80 |
| 0.82 | 12.78 |
| 0.82 | 12.73 |
| 0.84 | 12.57 |
| 0.85 | 12.54 |
| 0.85 | 12.53 |
| 0.87 | 12.48 |
| 0.87 | 12.47 |
| 0.89 | 12.49 |
| 0.90 | 12.51 |
| 0.92 | 12.51 |
Таблица 2
| Фаза | V – R |
|---|---|
| 0.22 | 0.71 |
| 0.24 | 0.73 |
| 0.25 | 0.74 |
| 0.27 | 0.75 |
| 0.29 | 0.75 |
| 0.29 | 0.75 |
| 0.34 | 0.77 |
| 0.51 | 0.87 |
| 0.53 | 0.85 |
| 0.53 | 0.87 |
| 0.57 | 0.85 |
| 0.60 | 0.87 |
| 0.60 | 0.88 |
| 0.62 | 0.87 |
| 0.64 | 0.90 |
| 0.64 | 0.90 |
| 0.66 | 0.88 |
| 0.68 | 0.91 |
| 0.69 | 0.90 |
| 0.76 | 0.88 |
| 0.78 | 0.82 |
| 0.80 | 0.79 |
| 0.82 | 0.70 |
| 0.82 | 0.70 |
| 0.82 | 0.68 |
| 0.84 | 0.60 |
| 0.84 | 0.59 |
| 0.84 | 0.58 |
| 0.86 | 0.53 |
| 0.86 | 0.51 |
| 0.87 | 0.52 |
| 0.88 | 0.51 |
| 0.89 | 0.51 |
| 0.90 | 0.55 |
| 0.91 | 0.53 |
| 0.93 | 0.56 |
Таблица 3
| Фаза | RadVel (km/s) |
|---|---|
| 0.03 | 232 |
| 0.05 | 234 |
| 0.08 | 234 |
| 0.08 | 237 |
| 0.13 | 242 |
| 0.13 | 246 |
| 0.18 | 243 |
| 0.20 | 249 |
| 0.23 | 250 |
| 0.28 | 254 |
| 0.33 | 259 |
| 0.35 | 261 |
| 0.36 | 260 |
| 0.38 | 266 |
| 0.40 | 265 |
| 0.44 | 266 |
| 0.46 | 272 |
| 0.46 | 265 |
| 0.49 | 270 |
| 0.51 | 270 |
| 0.54 | 272 |
| 0.54 | 273 |
| 0.56 | 274 |
| 0.59 | 274 |
| 0.61 | 273 |
| 0.62 | 274 |
| 0.64 | 274 |
| 0.67 | 276 |
| 0.67 | 274 |
| 0.69 | 274 |
| 0.71 | 274 |
| 0.72 | 276 |
| 0.74 | 278 |
| 0.77 | 271 |
| 0.77 | 264 |
| 0.79 | 253 |
| 0.80 | 259 |
| 0.82 | 242 |
| 0.85 | 230 |
| 0.87 | 228 |
| 0.90 | 224 |
| 0.92 | 224 |
| 0.92 | 225 |
| 0.95 | 228 |
| 0.96 | 228 |
Таблица 4 Болометрична поправка
| , K | BC, mag |
|---|---|
| 9600 | -0.25 |
| 9400 | -0.16 |
| 9150 | -0.10 |
| 8900 | -0.03 |
| 8400 | 0.05 |
| 8000 | 0.09 |
| 7300 | 0.13 |
| 7100 | 0.11 |
| 6500 | 0.08 |
| 6150 | 0.03 |
| 5950 | 0.00 |
| 5800 | -0.05 |
| 5500 | -0.13 |
| 5250 | -0.22 |
| 5050 | -0.29 |
| 4950 | -0.35 |
| 4850 | -0.42 |
| 4700 | -0.57 |
| 4600 | -0.75 |
| 4400 | -1.17 |
| 3900 | -1.25 |
| 3750 | -1.40 |
| 3550 | -1.60 |
| 3400 | -2.00 |
Решение
Внимание: Непълно решение
Официалният ключ не дава отделен отговор за средната лъчева скорост от 1(d); наличните графики, изчисления и критерии са възстановени изцяло.
a. The light curve (10 points)
Gieren 1993 (MNRAS vol 265)

b. The color curve (10 points)
Gieren 1993 (MNRAS vol 265)

c. The radial velocity curve (10 points)
Gieren 1993 (MNRAS vol 265)

Solar absolute bolometric magnitude calculation (5 points)
is the solar flux at the distance 10 pc which corresponds to the solar bolometric absolute magnitude.
Formula derivation (15 points)
From Stefan–Boltzmann equation we have luminosity of star:
here is radius of the star, is the Stefan–Boltzmann constant, and is effective temperature of star.
Star flux at distance will be equal:
From Pogson definition we have:
Or using the Sun as reference, a star's observed bolometric flux will be:
Consider two moments, say and . It is better to choose the phase and during which the star's expansion acceleration close to constant, and the difference in magnitude and color as large as possible. At the moment , with measured temperature and radius , absolute bolometric flux will be:
.................................................................................. (1a)
Later, at moment :
.................................................................................. (1b)
During this time, the star's atmosphere has expanded from to :
or:
Reminding :
We have
.................................................................................. (2)
From Pogson definition, and (2) we can find:
Calculation of from the radial velocity graph (20 points)
For finding , we can use radial velocity curve, taking two moments, and , between which the expansion acceleration can be assumed constant,
here is pulsation period of star and is phase difference in moment between and .
Alternative method using integral / sum :
We can calculate the integral by drawing lines connecting two adjacent points, calculating the area of the trapesium under the line segment and sum up for all line segment between moment and
So, from radial velocity curve we choose the part of the graph which is close to linear :
Which corresponds to
Now we can calculate :

Temperatures and magnitudes from photometric data (10 points)
For moments and :
From light curve we have the magnitude V:
From color curve we have the color V-R
From Fig. 1 we can find the temperatures:
From table 4 we have bolometric corrections for these moments (by using Table 4 with linear interpolation):
Now we can calculate bolometric magnitudes:
Calculate (10 points)
First we calculate star's observed flux:
Then the radius of the star at the moment will be :
Calculate distance (10 points)
Answer: 9.72 kpc
Оригинал в Архива: DataAnalysis_BG.pdf · официални решения: DataAnalysis_sol.pdf · допълнителни данни: instructions.pdf