НОА 2007, IV кръг, Старша възраст — Задача 3. Период на две звезди в галактика
X Национална олимпиада по астрономия, IV кръг, старша възраст · 12 юли 2007 г.
Условие
Галактика има радиус 15 kpc и значително по-малка дебелина. Масата й е слънчеви маси и е равномерно разпределена в целия й обем. Две звезди се движат по кръгови орбити около центъра на галактиката в едно и също направление. Радиусите на орбитите им са 5 kpc и 10 kpc. Намерете синодичния период на първата звезда спрямо втората.
Отговори
T₁ ≈ 315×10⁶ години, T₂ ≈ 440×10⁶ години.
Решение
Решение: На всяка от двете звезди влияние оказва само онази част от галактиката, която се намира в област около галактичния център с радиус по-малък от радиуса на орбитата й. За двете звезди означаваме орбиталните радиуси с kpc и kpc. Понеже масата е равномерно разпределена в цялата галактика, то можем да дефинираме плътност на галактиката , където (слънчеви маси) е масата й, а е обемът й.
Означаваме с r радиуса на галактиката, а с h дебелината й. Понеже , то ние можем да я разглеждаме като силно сплесната, следователно . Оттук следва, че обемите галактично вещество, оказващи влияние на двете звезди са и . Следователно и , където и са съответните маси вещество, влияещи на двете звезди.
Съгласно III закон на Кеплер, ако и са орбиталните периоди на звездите, то:
Оттук получаваме:
Звездите обикалят в една и съща посока, следователно за търсения синодичен период е в сила:
Оригинал в Архива: NOA4_2007_STproblems.pdf · официални решения: NOA4_2007_STsolutions.pdf