Задача 2
Далекая галактика, похожая на нашу Галактику Млечный Путь, имеет красное смещение 0.01. На угловом расстоянии 5' от нее виден ее спутник карликовая галактика. Оцените период ее обращения вокруг большой галактики.
Решение
Показать решение
Наличие красного смещения у галактики связано с эффектом Допплера. Красное смещение галактики z это относительная величина, характеризующая изменение длины волны принимаемого излучения по сравнению с лабораторной длиной волны :
Галактика удаляется от нас со скоростью
Здесь c — скорость света, z — красное смещение галактики. Расстояние до галактики можно найти по закону Хаббла:
Предположим, что линия, соединяющая галактику и ее спутник, находится в картинной плоскости. Тогда расстояние между галактиками равно
или а.е. Здесь — угловое расстояние между галактиками на небе. Предположим, что галактика-спутник движется по круговой орбите с радиусом R. Масса центральной галактики примерно равна массе галактики Млечный путь ( масс Солнца), масса спутника существенно меньше. Период обращения T, выраженный в годах, можно найти из III закона Кеплера, выразив массу центральной галактики M в массах Солнца, а радиус орбиты — в астрономических единицах:
- 2. Система оценивания. На первом этапе решения участники олимпиады должны определить расстояние до галактики, что оценивается в 3 балла. Определение расстояния между галактикой и ее спутником оценивается в 2 балла. При этом участники олимпиады могут предположить, что расстояние до галактик не является одинаковым, что приведет к несколько большему значению расстояния между галактиками (умножение на фактор (3/2)1/2, то есть до 80 кпк) и, в дальнейшем, к большему периоду обращения (до 2 млрд лет). Это не является ошибкой и не влияет на итоговую оценку. Вычисление периода обращения оценивается в 3 балла. Участники олимпиады могут принимать несколько меньшее значение массы галактики, однако при массе, меньшей 3·1011 масс Солнца, оценка снижается на 1 балл, а при массе, меньшей 1011 масс Солнца снижается на 2 балла.