ВсОА 2008, Заключителен етап, 9–11 клас — Задача 11-Т-6. · Звездные скопления в Галактике

Звездные скопления в Галактике (А.М. Татарников).

Для решения задачи нужно вспомнить, как расположены рассеянные и шаровые звездные скопления в нашей Галактике. Она состоит из двух основных компонент — диска и балджа, окруженного обширным гало. Составляющие их звезды часто называют населением I и II типа. В тонком диске много сравнительно молодых звезд, он также богат межзвездным газом и пылью. В диске располагается наше Солнце. Там же, в диске, наблюдаются и рассеянные звездные скопления.

Шаровые звездные скопления относятся к сферической составляющей (балдж и гало Галактики). В ней наблюдаются старые звезды, газ и пыль там практически отсутствует. Большинство шаровых скоплений располагаются вдали от диска Галактики. Благодаря своей высокой светимости (шаровые скопления состоят из сотен тысяч и миллионов звезд) они видны с больших расстояний. С существующими в настоящее время телескопами нам доступны практически все шаровые скопления нашей Галактики. Исключение могут составить лишь единицы скоплений, находящиеся с противоположной от нас стороны балджа, за центром Галактики. Поэтому общее число шаровых скоплений в Галактике мало отличается от числа наблюдаемых скоплений — 150.

С рассеянными звездными скоплениями ситуация отличается. Так как и скопления, и Солнце расположены в диске Галактики, излучение скоплений распространяется сквозь межзвездную пыль, в значительной степени поглощаясь на пылевых частицах. В результате, даже используя мощные телескопы, мы можем видеть только самые близкие к нам рассеянные скопления, находящиеся внутри круга с центром в Солнце. Определим, с какого расстояния мы сможем их наблюдать.

В случае распространения света через межзвездную пыль зависимость блеска звезды ($m$) от расстояния до нее ($r$, выражается в парсеках) будет иметь вид

где $M$ — абсолютная звездная величина звезды, $E$ — показатель поглощения в диске Галактики, равный $0.002^m/\text{пк}$. По условию задачи, мы видим скопления, отдельные звезды которых имеют блеск $24^m$. Эти звезды яркие молодые гиганты и сверхгиганты. Примем их абсолютную звездную величину равной $-3^m$. Тогда мы получаем уравнение для величины $r$:

Это уравнение нельзя решить аналитически, но его корень достаточно легко найти подбором. Расстояние $r$ составляет около 6 кпк. Примем радиус диска Галактики $R$ равным 20 кпк. Тогда общая доля рассеянных скоплений, видимых с Земли, составит

Количество рассеянных скоплений, видимое с Земли, $n$, составляет 2500. Следовательно, всего в нашу Галактику входит около 25 тысяч рассеянных звездных скоплений.