Матеріали для Нової української школи 1 клас - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити

ПОЗАГАЛАКТИЧНА АСТРОНОМІЯ - ЮРІЙ КУДРЯ 2016

РОЗДІЛ 5

ВИЗНАЧЕННЯ ВІДСТАНЕЙ ДО ГАЛАКТИК

5.2. Типи відстаней

Найпоширеніші методи визначення відстаней до позагалактичних об’єктів ґрунтуються на понятті стандартної свічки (цефеїди, нові, найяскравіші зорі, середня світність кулястих скупчень, наднові) або стандартного відрізка (лінійні розміри галактик, скупчень, кільцевих структур тощо). У першому випадку використовують співвідношення між видимою m та абсолютною M зоряними величинами:

(Нагадаємо, що μ = m - M = 5 lg(d[Мпк]) + 25— модуль відстані.) Обираючи клас об’єктів, для яких можна з малою дисперсією визначити певну абсолютну зоряну величину (стандартну свічку), за відомою відповідною видимою зоряною величиною можна оцінити відстань d до об’єкта за формулою (5.1). Абсолютну світність у різних методах певними співвідношеннями пов’язують з іншими незалежними від відстані параметрами, які знаходять із спостережень, тобто які є спостережуваними величинами. Ці параметри визначають (калібрують) за більш близькими об’єктами, відстані до яких вже визначені іншими (близькодіючими) методами. Якщо співвідношення відкаліброване, то воно з урахуванням (5.1) є залежністю між спостережуваними величинами та відстанню, тобто індикатором відстані. За стандартну свічку приймають, наприклад, деяке середнє у часі значення абсолютної світності цефеїд, певним чином нормовану пікову світність нових та наднових, середнє за ансамблем значення світності найяскравіших зір, параметри функції світності кулястих скупчень, планетарних туманностей тощо. Ці методи розглядатимуться далі.

Диференціюючи (5.1), можна наближено оцінити також похибку вимірювання відстаней. Якщо абсолютна світність сукупності об’єктів (екземплярів свічки) характеризується дисперсією σ2, то відносну невизначеність вимірювання відстані знаходять так:

При цьому приймається, що видима величина вимірюється точно, і відносна похибка є достатньо малою. Для порівняння відстаней зручно використовувати співвідношення

Воно пов’язує відстані до двох ідентичних екземплярів свічки з різними видимими зоряними величинами: μ1 - μ2= m1 - m2, або з невизначеністю вимірювання відстані через значні похибки в оцінці абсолютної зоряної величини: μι - μ2= M2 - M1.

У випадку стандартного відрізка застосовують співвідношення між лінійним A (в парсеках) та кутовим а (в радіанах) розмірами певних структур:

У вибраному класі об’єктів з малою дисперсією лінійних розмірів, вимірюючи їхні кутові розміри, отримуємо оцінку відстані d (в парсеках). Так само, як і у методах стандартної свічки, стандартний відрізок часто знаходять за кореляцією з незалежними від відстані спостережуваними величинами. З (5.4) неважко бачити, що відносні точності визначення відстані і лінійного розміру (за умови, що кутовий розмір вимірюється точно) рівні між собою. За стандартний відрізок у різні часи пропонувалося приймати від розмірів різних структур у галактиках (кільцевих, наприклад, або областей іонізованого водню) до характерного розміру надскупчень галактик.

Співвідношення (5.1) і (5.4) є конструктивними для знаходження відстаней, але різних. Лише якщо прийняти, що геометрія простору-часу є звичайною евклідовою геометрією, то відстані за (5.1), (5.4) збігаються. (При цьому вимірювання мають бути абсолютно точними, а об’єкти характеризуватися нульовими значеннями дисперсії розмірів та світностей.)

Однак спостережувані факти свідчать, що на великих відстанях, з якими має справу сучасна позагалактична астрономія, не можна прийняти евклідовість фізичного простору-часу. Основна теорія простору-часу — Загальна теорія відносності, що за наявності гравітаційної взаємодії постулює псевдорімановість простору-часу. Геометрію Всесвіту досліджує космологія — наука про Всесвіт у цілому. Згідно з космологічним принципом, спостерігач з будь-якої точки Всесвіту в певний момент повинен бачити однакову в середньому великомасштабну структуру Всесвіту. Математичне вираження космологічного принципу — це застосування однорідних та ізотропних моделей Всесвіту, які називають моделями Фрідмана—Леметра—Робертсона—Уокера. У таких моделях значення відстаней за співвідношеннями (5.1), (5.4) розрізняються. Тому в сучасній космології ці відстані мають і різні назви: з (5.1) визначають фотометричну відстань dL (luminosity distance), з (5.4) — відстань за кутовим розміром (діаметром) dA (angle diameter distance). Відмінності між ними виявляються при великих червоних зміщеннях z відповідно до формули

Якщо йдеться про порівняно близькі об’єкти або випадок, коли відносна точність вимірювання відстані більша, ніж червоне зміщення, то відстані цих двох типів не розрізняють.

У космології є й інші типи відстаней, але ці два типи (фотометрична та за кутовим діаметром) є головними. Варто зауважити, що відстань dA, яка визначена співвідношенням (5.4) та входить у (5.5), передбачає чітку окресленість видимого образу стандартного відрізка. Якщо йдеться про діаметри галактик, то таку відстань часто називають відстанню за метричним кутовим діаметром. Однак на практиці досить складно виміряти метричний діаметр. Якщо за стандартний відрізок прийняти, наприклад, розмір галактики певного класу (див. розд. 6), то результат вимірювання кутового розміру залежить від вибору ізофоти, яка окреслює контури галактики. У цьому випадку необхідно уточнювати, що відстань визначено за ізофотним кутовим діаметром і вона відповідає певній ізофоті (наприклад, стандартною вважається ізофота 25m/□" у B-фільтрі). Співвідношення (5.5), таким чином, стосується відстані за метричним кутовим діаметром, відстань за ізофотним кутовим діаметром може бути пов’язана з фотометричною відстанню іншим чином. Це є наслідком релятивістського фотометричного ефекту Толмена.

Далі ми розглянемо найважливіші індикатори, що дають змогу оцінити ці два типи відстаней, але перш потрібно оцінити відстані за червоним зміщенням.









загрузка...

Віртуальна читальня освітніх матеріалів для студентів, вчителів, учнів та батьків.

Наш сайт не претендує на авторство розміщених матеріалів. Ми тільки конвертуємо у зручний формат матеріали з мережі Інтернет які знаходяться у відкритому доступі та надіслані нашими відвідувачами. Якщо ви являєтесь володарем авторського права на будь-який розміщений у нас матеріал і маєте намір видалити його зверніться для узгодження до адміністратора сайту.

Дозволяється копіювати матеріали з обов'язковим гіпертекстовим посилання на сайт, будьте вдячними ми затратили багато зусиль щоб привести інформацію у зручний вигляд.

© 2008-2019 Всі права на дизайн сайту належать С.Є.А.