Номер 4, страница 210 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

4. Что используют в качестве стандартной свечи при определении расстояния до небесного объекта?

Решение

Стандартная свеча — это астрономический объект, абсолютная звёздная величина (или истинная светимость) которого считается известной. Этот метод является одним из фундаментальных способов измерения расстояний в астрономии. Принцип его работы основан на законе обратных квадратов для света: видимая яркость источника света убывает пропорционально квадрату расстояния до него.

Если известна абсолютная звёздная величина $\text{M}$ (яркость объекта, если бы он находился на расстоянии 10 парсек) и измерена его видимая звёздная величина $\text{m}$ (яркость, наблюдаемая с Земли), то расстояние $\text{d}$ до объекта в парсеках можно вычислить с помощью модуля расстояния:

$m - M = 5 \log_{10}(d) - 5$

Из этой формулы можно выразить расстояние:

$d = 10^{\frac{m - M + 5}{5}}$

В качестве стандартных свеч используются различные типы астрономических объектов, каждый из которых эффективен на своей шкале расстояний.

Основные типы стандартных свеч:

1. Цефеиды. Это класс пульсирующих жёлтых гигантов и сверхгигантов. В начале XX века Генриетта Ливитт обнаружила, что у этих звёзд существует строгая зависимость «период — светимость»: чем больше период пульсации звезды, тем выше её светимость. Измерив период изменения блеска цефеиды (что сделать относительно просто), можно определить её абсолютную звёздную величину. Сравнив её с видимой величиной, вычисляют расстояние. Цефеиды используются для определения расстояний до 30-40 мегапарсек (до 130 млн световых лет), что позволяет измерять расстояния до других галактик в пределах Местной группы и за её пределами.

2. Сверхновые типа Ia. Это результат термоядерного взрыва белого карлика в двойной звёздной системе. Взрыв происходит, когда масса белого карлика в результате аккреции вещества от звезды-компаньона достигает предела Чандрасекара (примерно $1.4$ массы Солнца). Поскольку масса взрывающегося объекта и механизм взрыва практически одинаковы, пиковая светимость таких сверхновых также почти одинакова. Они чрезвычайно ярки — на пике блеска сверхновая может затмить всю свою родительскую галактику. Это делает их мощнейшими стандартными свечами, позволяющими измерять расстояния в миллиарды световых лет. Именно наблюдения за сверхновыми типа Ia привели к открытию ускоренного расширения Вселенной.

3. Звёзды типа RR Лиры. Это ещё один вид пульсирующих переменных звёзд, обычно встречающихся в старых звёздных популяциях, например, в шаровых скоплениях. Они менее яркие, чем цефеиды, но их преимущество в том, что все звёзды типа RR Лиры имеют примерно одинаковую абсолютную звёздную величину (около +0.75). Это делает их удобным инструментом для определения расстояний внутри нашей Галактики и до её ближайших соседей.

Ответ:

В качестве стандартной свечи при определении расстояния до небесного объекта используются астрономические объекты с известной или вычисляемой абсолютной светимостью. Наиболее важными из них являются:
• Цефеиды: пульсирующие переменные звёзды, у которых светимость определяется по периоду их пульсаций. Используются для измерения расстояний до соседних галактик.
• Сверхновые типа Ia: термоядерные взрывы белых карликов, имеющие стандартную пиковую светимость. Они видны на огромных расстояниях и используются для космологических измерений.
• Звёзды типа RR Лиры: пульсирующие звёзды с практически одинаковой светимостью, используемые для калибровки расстояний внутри Млечного Пути.