Тест по астрономии: Сверхмассивная чёрная дыра в центре галактики (10-11 класс)
Тест по астрономии «Сверхмассивная чёрная дыра в центре галактики» для 10-11 классов — это проверочная работа углубленного уровня, направленная на диагностику знаний учащихся о физике высоких энергий, строении галактического центра и природе компактных астрономических объектов. Тест охватывает темы гравитационного взаимодействия, космических лучей и эволюции звёзд.
1
Какое наблюдение послужило главным доказательством существования сверхмассивной чёрной дыры в центре нашей Галактики?
Правильный ответ:
Анализ орбит звёзд (например, S2), движущихся с огромной скоростью вокруг невидимого центраПояснение:
Правильный ответ — Анализ орбит звёзд. Астрономы в течение многих лет отслеживали траектории звёзд (в частности, звезды S2) вблизи галактического центра. Используя законы Кеплера, они вычислили, что в очень малом объёме сосредоточена колоссальная масса, которая не излучает света, что соответствует характеристикам чёрной дыры.2
Чему примерно равна масса объекта, расположенного в центре Млечного Пути?
Правильный ответ:
Более 4 миллионов масс СолнцаПояснение:
Правильный ответ — Более 4 миллионов масс Солнца. Расчёты, основанные на параметрах орбитального движения близких к центру звёзд, позволили точно определить массу центрального тёмного тела. Она составляет примерно 4⋅1064 cdot 10^64⋅106 солнечных масс.3
Почему астрономы отвергли гипотезу о том, что в центре Галактики находится плотное скопление обычных звёзд?
Правильный ответ:
Потому что такое плотное скопление было бы неустойчивым, а мы бы видели свечение миллионов звёздПояснение:
Правильный ответ — Потому что такое скопление было бы неустойчивым. Если бы 4 миллиона звёзд были упакованы в объём Солнечной системы, они бы постоянно сталкивались и разрушались, а само скопление сияло бы ярче всей Галактики. Но мы видим лишь несколько звёзд и тёмную массу.4
Что такое космические лучи, заполняющие нашу Галактику?
Правильный ответ:
Это потоки релятивистских частиц (протонов, электронов, ядер атомов), движущихся с околосветовыми скоростямиПояснение:
Правильный ответ — Это потоки релятивистских частиц. Космические лучи представляют собой заряженные частицы высоких энергий, которые ускоряются в мощных магнитных полях астрофизических объектов, таких как остатки сверхновых, и пронизывают межзвёздное пространство.5
Каков примерный гравитационный радиус (RgR_gRg) чёрной дыры в центре нашей Галактики?
Правильный ответ:
Около 12 миллионов километров (12⋅10912 cdot 10^912⋅109 м)Пояснение:
Правильный ответ — Около 12 миллионов километров. Этот радиус, также называемый радиусом Шварцшильда, определяет горизонт событий чёрной дыры данной массы. Это расстояние примерно в 17 раз больше радиуса Солнца, но ничтожно мало по сравнению с размерами Галактики.6
Что является основным источником пополнения космических лучей в Галактике?
Правильный ответ:
Остатки взрывов сверхновых звёздПояснение:
Правильный ответ — Остатки взрывов сверхновых звёзд. Ударные волны и мощные магнитные поля, возникающие при взрывах сверхновых и вокруг образующихся нейтронных звёзд (пульсаров), действуют как гигантские природные ускорители частиц.7
Почему траектории космических лучей в Галактике являются запутанными?
Правильный ответ:
Под действием галактического магнитного поля, искривляющего движение заряженных частицПояснение:
Правильный ответ — Под действием галактического магнитного поля. Космические лучи состоят из заряженных частиц. Сила Лоренца, действующая со стороны магнитного поля Галактики, заставляет их двигаться по спиралям и менять направление, «запутывая» их путь.8
Что находится в центре Крабовидной туманности?
Правильный ответ:
Пульсар (нейтронная звезда)Пояснение:
Правильный ответ — Пульсар (нейтронная звезда). Крабовидная туманность образовалась после взрыва сверхновой 1054 года. Ядро взорвавшейся звезды сжалось в сверхплотную нейтронную звезду, которая быстро вращается и является источником энергии туманности.9
Какое излучение генерируют релятивистские электроны, двигаясь в магнитном поле Галактики?
Правильный ответ:
Синхротронное радиоизлучениеПояснение:
Правильный ответ — Синхротронное радиоизлучение. Это нетепловое излучение возникает, когда заряженные частицы (электроны) движутся с околосветовыми скоростями по искривлённым траекториям в магнитном поле. Именно его регистрируют радиотелескопы.10
С какой гипотетической субстанцией некоторые теории связывают гамма-излучение из центра Галактики?
Правильный ответ:
С тёмной материей (при аннигиляции или распаде её частиц)Пояснение:
Правильный ответ — С тёмной материей. Тёмная материя составляет основную массу гало Галактики и концентрируется к центру. Теоретически, взаимодействие частиц тёмной материи может порождать гамма-кванты высоких энергий, которые наблюдаются астрономами.11
Что такое аннигиляция?
Правильный ответ:
Реакция взаимодействия частицы и античастицы, приводящая к их превращению в другие частицы (например, фотоны)Пояснение:
Правильный ответ — Реакция взаимодействия частицы и античастицы. При столкновении частицы (например, электрона) и её античастицы (позитрона) их массы полностью или частично переходят в энергию излучения (гамма-кванты), что является одним из возможных источников гамма-фона Галактики.12
Какой энергией обладают гамма-кванты, наблюдаемые из центра Галактики и «пузырей»?
Правильный ответ:
1–10 ГэВ (гигаэлектронвольт)Пояснение:
Правильный ответ — 1–10 ГэВ. Это очень высокие энергии, соответствующие гамма-диапазону. Для рождения таких квантов требуются процессы с участием частиц, разогнанных до релятивистских скоростей, или распад тяжёлых частиц.13
В чём особенность движения релятивистских электронов?
Правильный ответ:
Они движутся со скоростью, очень близкой к скорости светаПояснение:
Правильный ответ — Они движутся со скоростью, очень близкой к скорости света. Термин «релятивистский» в физике означает, что скорость объекта сравнима со скоростью света (ccc), и для описания его движения необходимо использовать специальную теорию относительности.14
Какое явление наблюдалось на Земле в 1054 году в созвездии Тельца?
Правильный ответ:
Вспышка сверхновой звезды, видимая даже днёмПояснение:
Правильный ответ — Вспышка сверхновой звезды. Это событие было настолько мощным, что звезду можно было видеть невооружённым глазом при дневном свете в течение нескольких месяцев. На месте этой вспышки сейчас находится Крабовидная туманность.15
Какую форму орбиты имеет звезда S2, вращающаяся вокруг центра Галактики?
Правильный ответ:
ЭллипсПояснение:
Правильный ответ — Эллипс. Звезда S2 движется по замкнутой вытянутой эллиптической орбите вокруг сверхмассивной чёрной дыры, что соответствует первому закону Кеплера для движения в поле тяготения центральной массы.16
Как влияет тёмная материя на строение Галактики?
Правильный ответ:
Своей гравитацией она удерживает звёзды и газ, влияя на скорость вращения ГалактикиПояснение:
Правильный ответ — Своей гравитацией она удерживает звёзды. Хотя тёмная материя невидима, её масса значительно превышает массу обычного вещества. Именно её гравитационное поле формирует потенциальную яму, в которой находится Галактика, и определяет скорости вращения звёзд на периферии.17
Какой объект называют пульсаром?
Правильный ответ:
Быстро вращающуюся нейтронную звезду, испускающую периодические импульсы излученияПояснение:
Правильный ответ — Быстро вращающуюся нейтронную звезду. Пульсары обладают мощным магнитным полем. Узкие пучки излучения исходят из магнитных полюсов, и из-за вращения звезды мы видим регулярные вспышки («пульсации»), когда луч направлен на Землю.18
Чему примерно равен радиус Солнца (для сравнения с радиусом чёрной дыры)?
Правильный ответ:
Около 700 000 км (7⋅1087 cdot 10^87⋅108 м)Пояснение:
Правильный ответ — Около 700 000 км. Радиус чёрной дыры в центре Галактики (12 млн км) примерно в 17 раз больше радиуса Солнца. Это сравнение помогает представить масштаб компактного объекта, содержащего миллионы солнечных масс.19
Что такое гамма-квант?
Правильный ответ:
Фотон электромагнитного излучения самой высокой энергииПояснение:
Правильный ответ — Фотон электромагнитного излучения самой высокой энергии. Гамма-излучение занимает область спектра с самыми короткими длинами волн и самыми высокими частотами, перенося большую энергию.20
Почему мы не можем видеть тёмную материю в обычные телескопы?