НОА 2023, IV кръг, Младша възраст — Задача 1. Галактиката NGC 824
XXVI Национална олимпиада по астрономия 2023, IV кръг, практически тур, младша възраст · 15 юли 2023 г. · 20 т.
Условие
Галактиката NGC 824 е пресечена спирална галактика с активно ядро, открита през 1837 г. от английския астроном Уилиям Хершел в съзвездието Пещ. Талантливи астрономи от олимпийската младша възрастова група усилено изучават галактиката с бъдещия голям телескоп, монтиран в село Звездица покрай гората в края на улица „Персей“.
Получен е спектър на галактиката. Най-силната емисионна линия в него е линията на двукратно йонизирания кислород OIII с лабораторна дължина на вълната 5007 ангстрьома.


Спектър на галактиката NGC 824

Негативно изображение на галактиката NGC 824. Ъгловото разстояние между звездите 1 и 2 е равно на 142″.
А) Направете необходимите измервания по спектъра и определете разстоянието до галактиката. Константата на Хъбъл е 70 km/s/Mpc (километри в секунда на мегапарсек).
Б) Използвайте негативното изображение на галактиката и определете приблизително нейния диаметър в парсеци и в светлинни години (1 pc = 3.26 ly). Видимото ъглово разстояние между звездите, означени с 1 и 2, е 142″ (дъгови секунди). Отговорете качествено дали тази галактика е по-голяма или по-малка по размер от нашата галактика.
В) Определете приблизително до какво разстояние от центъра се простира удължението на ядрото на галактиката, наричано „бар“.
Отговори
А)
Измереното отместване дава ангстрьома, и km/s. Спектърът не позволява много точно определяне на червеното отместване, затова получените стойности варират в известни граници.
Б)
Видим ъглов размер . Тъй като диаметърът на нашата галактика се оценява на около 100 000 ly, NGC 824 е сравнима по размери с нашата галактика или дори е малко по-голяма.
В)
Видимо ъглово разстояние от центъра до единия край на бара ; съответства на около 18 000 ly.
Решение

Решение:
Определяме мащаба на скалата на дължините на вълните в спектъра на галактиката. Измерваме отместването на позицията на спектралната линия на кислорода OIII от отметката за 5000 ангстрьома и получаваме около 3.5 mm. По случайност тази отметка е много близка до лабораторната дължина на вълната за линията на OIII. Важно е да определим именно това малко отместване. По-нататък, като използваме мащаба и лабораторната дължина на вълната ангстрьома, получаваме за отместването на наблюдаваната дължина на вълната:
След това намираме червеното отместване на линията:
Ако c = 300 000 km/s е скоростта на светлината, то за скоростта на отдалечаване на галактиката намираме:
Разстоянието до галактиката определяме от закона на Хъбъл:
Тук е константата на Хъбъл.
Върху изображението на галактиката измерваме разстоянието между звездите 1 и 2, което се оказва около 99.5 mm. От него определяме мащаба на снимката. За да определим размера на галактиката, правим няколко измервания, като ориентираме линийката в различни направления, усредняваме и получаваме около 55 mm (Възможно е при измерването да се получи размер около 60 mm). Измерваме също и цялата дължина на бара на галактиката. Разстоянието от центъра на галактиката до краищата на бара ще бъде половината от общата му дължина. За нея получаваме около 9.5 mm. Като използваме мащаба на снимката, намираме видимия ъглов размер на галактиката и видимото ъглово разстояние от центъра на галактиката до единия край на бара, съответно:
Като използваме полученото от нас разстояние до галактиката, определяме нейния линеен размер и разстоянието, до което се простира барът от центъра на галактиката:
Тъй като даденият спектър не позволява много точно определяне на червеното отместване на галактиката, то при измерванията могат да се получат стойности за разстоянието до нея, които варират в известни граници. В резултат от това, както и поради размитите граници на изображението на галактиката, получените стойности за нейния размер също ще варират в съществени граници за решенията на различните участници в олимпиадата. Тъй като диаметърът на нашата галактика се оценява на около 100 000 ly, то може да се каже единствено, че галактиката NGC 824 e сравнима по размери с нашата галактика или дори е малко по-голяма.
Ева Божурова
Критерии за оценяване (общо 20 т.):
- За определяне на мащаба на скалата на спектъра – 2 т.
- За измерване и определяне на наблюдавана дължина на вълната на линията на кислорода OIII – 3 т.
- За пресмятане на разстоянието до галактиката – 5 т.
- За определяне на мащаба на изображението на галактиката – 2 т.
- За измерване и пресмятане на размера на галактиката – 4 т.
- За измерване и пресмятане на полудължината на бара – 2 т.
- За сравнение между размерите на галактиката NGC 824 и Млечния път – 2 т.
Оригинал в Архива: 23-IV-praktML.pdf · официални решения: a23-IV-praktML.pdf