9.9 Пара звезд
Два компонента физически двойной звезды имеют одинаковые эффективные температуры, а их абсолютные звездные величины отличаются на 10. Известно, что ускорение свободного падения в фотосфере менее яркой звезды в 500 раз больше, чем у более яркой. Определите отношение масс звезд.
Решение
Показать решение
Решение. По определению звездной величины, если освещенность, создаваемая двумя звездами, отличается в 100 раз, то звездные величины этих звезд отличаются на 5. Таким образом, освещенность, создаваемая компонентами двойной, отличается в 1002 = 10000 раз. К этому же выводу можно прийти с помощью формулы Погсона. Обозначим как 1 и 2 освещенности, создаваемые двумя компонентами, а 1 и 2 — их звездные величины. Предполагая, что компонент 1 ярче, получим
Поскольку обе звезды располагаются на одинаковом расстоянии от нас, отношение освещенностей равно отношению светимостей 1 и 2. Светимость звезды связана с ее радиусом и эффективной температурой законом Стефана — Больцмана:
Сами светимости нам неизвестны, известно только их отношение. Поэтому запишем закон Стефана — Больцмана для обеих звезд и разделим одно выражение на другое. Тогда, учитывая равенство температур звезд, получим
Ускорение свободного падения на поверхности звезды задается формулой
где — масса звезды. Поскольку нам известны только отношения радиусов и ускорений свободного падения, как и раньше, перепишем это уравнение в виде отношения:
Выразим отсюда искомое отношение масс и получим численный ответ:
Критерии
Показать критерии
| Критерии оценивания. | 16 | |
|---|---|---|
| К1. | Определение отношения освещенностей | 5 |
| Запись формулы Погсона или определения звездной величины1 | ||
| В отсутствие дальнейшего продвижения за этот этап выставляется не более 1 балла. | ||
| Правильный численный ответ 4 | ||
| К2. | Определение отношения радиусов | 5 |
| Обоснованный вывод о равенстве отношения светимостей и освещенностей 1 | ||
| Балл не выставляется, если это равенство не объяснено явно. | ||
| Запись закона Стефана — Больцмана 1 | ||
| Верное значения отношения радиусов или их квадратов 3 | ||
| К3. | Определение отношения масс | 4 |
| Формула ускорения свободного падения1 | ||
| Вывод формулы для отношения масс 3 | ||
| К4. | Правильный численный ответ | 2 |
| При ответе в 5 млн раз за K3 выставляется не более 1 балла, а за K4 — 0 баллов |