Тест по астрономии: Тёмная материя в галактиках (10-11 класс)
Тест по астрономии «Тёмная материя в галактиках» для 10-11 классов — это проверочная работа углубленного уровня, посвященная одной из главных загадок современной астрофизики. Вопросы охватывают методы обнаружения скрытой массы, анализ кривых вращения галактик и оценку вклада темной материи в общую массу Вселенной.
1
Какое наблюдение стало основным доказательством существования темной материи в спиральных галактиках?
Правильный ответ:
Скорости вращения звезд на окраинах галактик не убывают с расстоянием, а остаются постояннымиПояснение:
Правильный ответ — Скорости вращения звезд не убывают. Если бы масса была сосредоточена только в видимых звездах, скорость вращения на периферии должна была бы падать по закону Кеплера. Наблюдаемое постоянство скорости («плоская кривая вращения») указывает на наличие огромной скрытой массы, распределенной в гало.2
Что такое «кеплеровская скорость» вращения?
Правильный ответ:
Скорость кругового движения, которая убывает с расстоянием от центральной массы (v∼1/rv sim 1/sqrt{r}v∼1/rПояснение:
Правильный ответ — Скорость, которая убывает с расстоянием. В Солнечной системе, где почти вся масса сосредоточена в Солнце, планеты движутся именно так: чем дальше планета, тем медленнее она вращается. Ожидалось, что на окраинах галактик будет так же.3
Как соотносятся масса темной материи и масса видимого вещества (звезд и газа) в типичной галактике?
Правильный ответ:
Масса темной материи в несколько раз (в 5-10 раз) больше массы видимого веществаПояснение:
Правильный ответ — Масса темной материи в несколько раз больше. Динамические исследования показывают, что видимая материя (барионы) составляет лишь малую часть (около 15-20%) от полной массы гравитирующего вещества в галактике.4
Какую форму имеет распределение темной материи в спиральной галактике?
Правильный ответ:
Огромное сферическое гало, выходящее далеко за пределы видимого дискаПояснение:
Правильный ответ — Огромное сферическое гало. В отличие от звезд и газа, которые под действием трения и охлаждения оседают в плоский диск, частицы темной материи не теряют энергию и образуют обширную сферу, в которую погружена галактика.5
Как астрономы определяют массу галактики первым способом (без учета скоростей)?
Правильный ответ:
Измеряют полную светимость и умножают на отношение массы к светимости для звездПояснение:
Правильный ответ — По светимости. Зная, сколько света излучает галактика, и предполагая, что она состоит из обычных звезд, можно оценить массу светящегося вещества. Этот метод всегда дает меньшее значение, чем динамический метод.6
Почему темную материю называют «темной»?
Правильный ответ:
Потому что она не испускает, не поглощает и не отражает электромагнитное излучение (свет)Пояснение:
Правильный ответ — Потому что она не взаимодействует со светом. Темная материя невидима во всех диапазонах спектра. О ее существовании мы знаем только по гравитационному влиянию на видимые объекты.7
Что произойдет со звездами на окраине галактики, если убрать темную материю?
Правильный ответ:
Они улетят прочь из галактики, так как гравитации видимого вещества не хватит, чтобы их удержатьПояснение:
Правильный ответ — Они улетят прочь. Скорости звезд на периферии настолько велики, что без дополнительной притягивающей массы (темной материи) они превысили бы скорость убегания, и галактика бы распалась.8
Из чего предположительно состоит темная материя?