НОА 2025, IV кръг, Старша възраст — Задача 2. Елиптичната галактика NGC 680

• А) 36 Mpc

• Б) D = 19900 pc; NGC 680 е по-малка от Млечния път (27 000 pc на 25-ата изофота).

• В) Екстинкцията се дължи главно на праха в диска на Млечния път; NGC 680 (в Овен) е далеч от галактичния диск — галактичната ѝ ширина е b = −39°.

• Г) $L/L_{\odot} = 2.3 \times 10^{9}$

• Д) 34 mag

  В решението: видима звездна величина 34.0 mag при светимост $L = 34 L_{\odot}$.

• Е) Динамичните процеси (сблъскване на газ, турбуленция) нарушават хомогенността на газа и локално повишават плътността до стойности за звездообразуване; структурите са по-сини заради масивните млади сини звезди.

Решение.

А) Радиалната скорост на NGC 680 е

Съзвездието Дева, към което се движи Млечният път, е в посока, обратна на съзвездието Овен. Следователно можем да намерим рецесивната скорост на NGC 680 като извадим скоростта на Млечния път от радиалната:

Намираме разстоянието до NGC 680 по закона на Хъбъл:

Б) Размерът на NGC 680 е

Той е по-малък от размера на Млечния път (27 000 pc на 25-ата изофота).

В) Основен източник на междузвездната екстинкция за близки галактики е прахът в диска на Млечния път. Поради това тя е зависима най-вече от галактичната ширина. NGC 680 е в съзвездието Овен, което е на достатъчно голямо разстояние от галактичния диск. Най-близкото съзвездие, през което минава Млечният път, е Персей. Галактичната ширина на NGC 680 е $b = -39^{\circ}$.

Г) Ако отчетем екстинкцията, коригираната видима звездна величина на галактиката е $V = 11.69\ \mathrm{mag}$. Модулът на разстоянието е

Така получаваме абсолютна звездна величина на галактиката $\mu_{VG} = -21.09\ \mathrm{mag}$. Получаваме светимостта ѝ по закона на Погсън, като сравняваме със Слънцето:

NGC 680 е елиптична галактика, поради което в нея няма сини гиганти и свръхгиганти, тъй като звездообразуването вече не е активно. Поради това масата ѝ се доминира от маломасивни звезди, които имат високо отношение $M/L$, и от тъмна материя. Добра оценка за отношението маса-светимост за маломасивните звезди в слънчеви единици е 1–2, а за отношението тъмна материя / звезди – около 10. Така можем да приемем отношение $M/L$ за цялата галактика около $20\ \mathrm{M}_{\odot}/\mathrm{L}_{\odot}$ и да оценим масата ѝ на 400 – 500 милиарда слънчеви маси.

Д) Времето за престой на звездите на Главната последователност е приблизително

където M и L са в слънчеви единици. Заместваме с връзката маса-светимост и получаваме

За $t = 800\ \mathrm{Myr}$ най-ярките звезди на Главната последователност ще имат светимост

Реалната стойност е по-висока заради ширината на Главната последователност: светимостта се повишава бавно и по време на престоя на ГП.

По формулите от Г), с отчитане и на екстинкцията, получаваме видима звездна величина 34.0 mag за най-ярките звезди от Главната последователност.

Е) В основното тяло на NGC 680 вече има много ниска плътност на молекулярния водород, за да се задейства звездообразуване. Тези странични структури са преминали през по-динамични процеси – сблъскване на газ, турбуленция на големи мащаби и т.н., при които е нарушена хомогенността на газа. Така при ниска средна плътност за цялата структура плътността локално се повишава до необходимите стойности за задействане на звездообразуване.

Тъй като има активно звездообразуване, има и масивни млади сини звезди с високи светимости. Това прави структурата по-синя от останалата част на галактиката.

Александър Куртенков

Критерии за оценяване (общо 15 т.):

А) Общо – 2 т. (ако скоростта на Млечния път не е отчетена правилно – максимум 1 т.)

Б) За намиране на линейния размер – 1 т.
За сравнението с Млечния път – 1 т.

В) Общо – 2 т.

Г) За намиране на светимостта – 2 т.
За оценка на масата – 1 т. (ако е допуснато отношение M/L между 5 и 50.)

Д) Общо – 3 т.

Г) За обяснение на нарушаване на хомогенността – 2 т.
За цвета – 1 т.