Тест по астрономии: Белые карлики (10-11 класс)
Тест по астрономии «Белые карлики» для 10-11 классов — это проверочная работа углубленного уровня, посвященная изучению финальной стадии эволюции звёзд малой и средней массы. Вопросы охватывают физические характеристики белых карликов (плотность, размеры, температура), природу их свечения, квантовые эффекты в их недрах и эволюционные перспективы.
1
Каков основной источник энергии, обеспечивающий свечение белых карликов на протяжении миллиардов лет?
Правильный ответ:
Постепенное высвобождение запасенной тепловой энергии ионовПояснение:
Правильный ответ — Постепенное высвобождение запасенной тепловой энергии. В недрах белых карликов термоядерные реакции полностью прекращены. Звезда светит только потому, что она очень горячая и медленно остывает. Тепловая энергия, накопленная атомными ядрами (ионами) на предыдущих этапах эволюции, постепенно излучается в космос через тонкую атмосферу.2
Какое физическое явление препятствует гравитационному коллапсу белого карлика, удерживая его в равновесии?
Правильный ответ:
Давление вырожденного электронного газаПояснение:
Правильный ответ — Давление вырожденного электронного газа. Из-за высокой плотности электроны в белом карлике упакованы настолько плотно, что вступают в силу квантовые законы (принцип Паули). Электроны вынуждены двигаться с огромными скоростями, создавая мощное давление, которое уравновешивает гравитацию даже при отсутствии высокой температуры.3
Чему примерно равна средняя плотность вещества типичного белого карлика?
Правильный ответ:
Сотням килограммов и тоннам в кубическом сантиметреПояснение:
Правильный ответ — Сотням килограммов и тоннам в кубическом сантиметре. Масса белого карлика сравнима с массой Солнца, но его объем сопоставим с объемом Земли. Это приводит к колоссальной концентрации материи: плотность может достигать $10^5-10^6$ г/см³, что в миллионы раз превышает плотность обычных твердых тел.4
С каким небесным телом сравнимы типичные линейные размеры белых карликов?
Правильный ответ:
С размерами ЗемлиПояснение:
Правильный ответ — С размерами Земли. Радиус типичного белого карлика составляет 5000–10000 км, что очень близко к радиусу нашей планеты (6371 км). При этом чем массивнее белый карлик, тем меньше его радиус из-за особенностей уравнения состояния вырожденного вещества.5
Что такое предел Чандрасекара?
Правильный ответ:
Максимально возможная масса белого карлика (около 1,44 массы Солнца)Пояснение:
Правильный ответ — Максимально возможная масса белого карлика. Субраманьян Чандрасекар доказал, что давление вырожденных электронов может выдержать гравитацию только если масса звезды не превышает ~1,44 массы Солнца. При превышении этого предела звезда неизбежно коллапсирует в нейтронную звезду или черную дыру.6
Какова температура поверхности молодого белого карлика, например, спутника Сириуса?
Правильный ответ:
Десятки тысяч градусов (около 25 000 К)Пояснение:
Правильный ответ — Десятки тысяч градусов. Белые карлики рождаются как обнаженные ядра красных гигантов, которые были разогреты до экстремальных температур. Поэтому сразу после формирования температура их поверхности очень высока (у Сириуса B — 25 000 К), что и объясняет их белый или бело-голубой цвет.7
Почему астрономы не наблюдают «черных карликов» (полностью остывших белых карликов)?
Правильный ответ:
Потому что возраст Вселенной меньше времени, необходимого для их полного остыванияПояснение:
Правильный ответ — Потому что возраст Вселенной меньше времени, необходимого для их полного остывания. Процесс потери тепла белым карликом идет очень медленно. Расчеты показывают, что для остывания до состояния, когда звезда перестанет излучать в видимом диапазоне, требуются десятки миллиардов лет, что превышает текущий возраст Вселенной (13,8 млрд лет).8
Какое состояние вещества характерно для недр белых карликов?