Тест по астрономии: Активные галактики и квазары (10-11 класс)
Тест по астрономии «Активные галактики и квазары» для 10-11 классов — это проверочная работа углубленного уровня, направленная на диагностику знаний учащихся о самых мощных источниках энергии во Вселенной. Вопросы охватывают природу радиогалактик, строение квазаров, физику черных дыр и механизмы аккреции.
1
Что является основным источником колоссальной энергии квазаров и активных ядер галактик?
Правильный ответ:
Гравитационная энергия вещества, падающего на сверхмассивную черную дыру (аккреция)Пояснение:
Правильный ответ — Гравитационная энергия аккреции. В центре активной галактики находится сверхмассивная черная дыра. Вещество (газ, звезды), падая на нее, образует аккреционный диск. За счет трения слоев газа гравитационная энергия переходит в тепловую и световую с невероятной эффективностью, превосходящей термоядерный синтез.2
Какой признак позволил Мартену Шмидту понять, что квазар 3C 273 находится на огромном расстоянии от Земли?
Правильный ответ:
Большое красное смещение спектральных линийПояснение:
Правильный ответ — Большое красное смещение. Линии водорода в спектре 3C 273 были смещены в красную сторону настолько сильно (на 16%), что это можно было объяснить только космологическим удалением объекта со скоростью 47 000 км/с. Согласно закону Хаббла, такая скорость соответствует огромному расстоянию.3
Что означает термин «радиогалактика»?
Правильный ответ:
Галактика, излучение которой в радиодиапазоне сравнимо или превышает её оптическое излучениеПояснение:
Правильный ответ — Галактика с мощным радиоизлучением. Обычные галактики (как наша) излучают в радиодиапазоне слабо. У радиогалактик (например, Лебедь А или Центавр А) радиоизлучение генерируется не звездами, а релятивистскими электронами в джетах и гигантских облаках (лобах), выброшенных из ядра.4
Каков типичный размер области излучения квазара (активного ядра), исходя из переменности его блеска?
Правильный ответ:
Сравним с размерами Солнечной системы (до 1000 а.е.)Пояснение:
Правильный ответ — Сравним с размерами Солнечной системы. Квазары меняют яркость за недели или дни. Объект не может менять блеск быстрее, чем свет проходит его насквозь. Значит, источник, излучающий как триллион солнц, упакован в объем диаметром всего несколько световых дней или недель.5
Что такое джеты, наблюдаемые у активных галактик (например, у М87)?
Правильный ответ:
Узкие струи горячей плазмы, выбрасываемые из ядра со скоростью, близкой к скорости светаПояснение:
Правильный ответ — Узкие струи горячей плазмы. Магнитные поля, закрученные вращающимся аккреционным диском и черной дырой, фокусируют часть ионизированного вещества и выбрасывают его вдоль оси вращения в виде узких коллимированных пучков — джетов.6
Почему квазары называют «маяками Вселенной»?
Правильный ответ:
Благодаря гигантской светимости они видны на самых больших расстояниях, позволяя изучать раннюю ВселеннуюПояснение:
Правильный ответ — Благодаря гигантской светимости. Квазары — самые яркие объекты во Вселенной. Их свет идет до нас миллиарды лет, поэтому, наблюдая квазары, мы видим Вселенную такой, какой она была в далеком прошлом, «просвечивая» межгалактическую среду.7
Какая галактика в созвездии Девы знаменита своим ярким оптическим джетом и является мощным радиоисточником?
Правильный ответ:
М87Пояснение:
Правильный ответ — М87. Это гигантская эллиптическая галактика в центре скопления Девы. Из её ядра вырывается плазменный джет длиной около 5000 световых лет. Именно в центре М87 была получена первая в истории фотография тени черной дыры.8
Каков механизм излучения джетов и радиогалактик?
Правильный ответ:
Синхротронное излучение релятивистских электронов в магнитном полеПояснение:
Правильный ответ — Синхротронное излучение. Когда заряженные частицы (электроны) движутся с околосветовой скоростью по спирали в магнитном поле, они теряют энергию, испуская поляризованное излучение, преимущественно в радиодиапазоне.9
Как расшифровывается слово «квазар»?
Правильный ответ:
Квазизвездный радиоисточникПояснение:
Правильный ответ — Квазизвездный радиоисточник. Английское название QUASAR произошло от сокращения QUASi-stellAR radio source. Первоначально эти объекты на фотопластинках выглядели как точечные звезды, но обладали мощным радиоизлучением.10
Что представляет собой аккреционный диск в активной галактике?
Правильный ответ:
Вращающийся диск из газа и пыли, падающего на черную дыру и разогретого трением до миллионов градусовПояснение:
Правильный ответ — Вращающийся диск из газа. Вещество, захваченное черной дырой, обладает угловым моментом и не может упасть сразу. Оно образует плоский диск, в котором слои газа трутся друг о друга (вязкость), разогреваются и светятся в рентгене и ультрафиолете, постепенно приближаясь к горизонту событий.11
Почему большинство квазаров находится на очень больших расстояниях от нас?
Правильный ответ:
Квазары — это стадия активности молодых галактик, которая происходила в далеком прошломПояснение:
Правильный ответ — Квазары — это стадия активности в прошлом. Активность ядра связана с обилием топлива (газа). В ранней Вселенной газа было много, и черные дыры росли быстро. Со временем топливо иссякло, и квазары «погасли», превратившись в обычные галактики.12
Какова масса черной дыры, необходимой для объяснения светимости типичного квазара?
Правильный ответ:
Сотни миллионов и миллиарды масс Солнца (108−109MSun10^8 - 10^9 M_{Sun}108−109MSun)Пояснение:
Правильный ответ — Сотни миллионов и миллиарды масс Солнца. Только сверхмассивная черная дыра может обеспечить гравитационный потенциал, достаточный для генерации наблюдаемой энергии (101210^{12}1012 светимостей Солнца) и удержания аккреционного диска.13
Где располагаются квазары?
Правильный ответ:
В центрах далеких галактикПояснение:
Правильный ответ — В центрах далеких галактик. Квазар — это не отдельное тело, а активное ядро галактики. Из-за колоссальной яркости ядра свет самой «родительской» галактики часто теряется, и мы видим только яркую точку.14
Сколько примерно вещества должна поглощать черная дыра в год, чтобы обеспечить светимость яркого квазара?
Правильный ответ:
Около одной звезды типа Солнца (или эквивалентную массу газа)Пояснение:
Правильный ответ — Около одной звезды типа Солнца. Благодаря высокой эффективности аккреции (преобразование до 10-40% массы в энергию по формуле E=mc2E=mc^2E=mc2), поглощение даже 1-2 солнечных масс в год дает светимость, превышающую светимость всей галактики.15
Что такое Центавр А?
Правильный ответ:
Ближайшая к нам мощная радиогалактика, пересеченная темной пылевой полосойПояснение:
Правильный ответ — Ближайшая радиогалактика. Центавр А (NGC 5128) — это пекулярная галактика, образовавшаяся, вероятно, в результате слияния эллиптической и спиральной галактик. Она обладает активным ядром и мощными радиовыбросами.16
С какой скоростью движется вещество в джетах активных галактик?
Правильный ответ:
Со скоростью, близкой к скорости светаПояснение:
Правильный ответ — Со скоростью, близкой к скорости света. Наблюдения показывают релятивистские эффекты в джетах, подтверждающие, что плазма разогнана до субсветовых скоростей (иногда наблюдается даже кажущееся сверхсветовое движение из-за эффектов проекции).17
Что происходит с обычной звездой, если она пролетит слишком близко к сверхмассивной черной дыре?
Правильный ответ:
Она будет разорвана приливными силами и частично поглощена (событие приливного разрушения)Пояснение:
Правильный ответ — Она будет разорвана приливными силами. Разница гравитационного притяжения на ближней и дальней стороне звезды настолько велика, что звезду растягивает в «спагетти» и разрывает. Часть вещества падает на дыру, вызывая вспышку излучения.18
Чем сейфертовские галактики отличаются от квазаров?
Правильный ответ:
Это, как правило, спиральные галактики с активными ядрами, но гораздо менее мощными, чем квазары; сама галактика хорошо виднаПояснение:
Правильный ответ — Это галактики с менее мощными активными ядрами. Сейфертовские галактики — это «младшие братья» квазаров. Их ядра яркие и активные, но не настолько, чтобы затмить свет всей остальной галактики, которую мы можем детально рассмотреть.19
Что такое блазар?
Правильный ответ:
Активная галактика (квазар), джет которой направлен прямо на наблюдателя (на Землю)Пояснение:
Правильный ответ — Квазар с джетом, направленным на нас. Из-за эффектов теории относительности, излучение джета, направленного прямо на наблюдателя, кажется нам значительно усиленным, а переменность блеска становится очень быстрой.20
Как называется галактика М87, известная своим джетом?