Окончание. См. № 8, 10/06

Мир, в котором мы живём

Дистанционный курс «Элементарная астрофизика и космология...», 2005 г.

Ответы на контрольную работу № 1 (№ 22/05)

13. Почему для перехода к гелиевому углеродному кислородному «ядерному горючему» требуются всё более высокие температуры? Оцените температуры этих переходов.

Ответ. Гелиевое (так же, как и углеродное, и кислородное) «ядерное горение» происходит при температуре, когда средняя тепловая энергия ядер kТ сопоставима с кулоновским потенциалом отталкивания (Ze)2/rяс, где Z – заряд ядра, rяc 2 10–15 м – радиус действия ядерных сил. Принимая Z равным 2 (He), 6 (C), 8 (O) и получаем: Т = 3 1010 К (Не), 3 1011 К (С), 5 1011 К (О).

На самом деле ядерные реакции синтеза начинают идти при более низкой температуре благодаря туннельному прохождению через кулоновский барьер.

14. Во время вспышки Сверхновой СН-1987А (в Большом Магеллановом Облаке) установка Kamioka, расположенная в глубокой шахте, зарегистрировала сигнал из двенадцати импульсов за 10 с при среднем фоне в шахте 1 имп/мин. Это явилось доказательством наличия нейтринного потока от Сверхновой. Какова вероятность появления этого сигнала в результате случайной флуктуации фона?

Ответ. Нейтринный сигнал в установке Kamioka от СН-1987А состоял из двенадцати импульсов за
10 с при фоне 1 имп/мин, создаваемом естественной радиоактивностью в установке. Вероятность случайной флуктуации фона равна (1/6)11 = 0,7 10–10, где 1/6 – вероятность попадания равномерно распределённых по времени случайных импульсов фона в 10-секундный интервал, где оказался первый фоновый импульс.

15. Можно ли с помощью потока нейтрино отличить звёзды из антивещества от звёзд из обычного вещества?

Ответ. В звезде идёт реакция 4р 4Не + 2е+ + 2, в антизвезде – реакция 4 анти-р анти-4Не + 2е–  + 2 анти-. Следовательно, антизвезда будет источником антинейтрино, реакции взаимодействия которых отличаются от реакций нейтрино. В принципе это позволяет отличить звёзды от антизвёзд, но потоки и анти- настолько малы, что в настоящее время на практике сделать это невозможно.

16. Какова природа космических гамма-всплесков? Почему большая часть всплесков приходит из далёких галактик?

Ответ. Гамма-всплески – побочный продукт СН массивных звёзд. Вероятность появления всплесков очень мала в каждой галактике (~10–6/(гал. • год). Поэтому гамма-всплески приходят оттуда, где галактик много, т.е. с космологических расстояний (Z 1).

Ответы на контрольную работу № 2 (№ 22/05)

1. Составьте таблицу этапов термоядерного синтеза элементов в звёздах (колонки: стадия звезды, температура, реакции синтеза, интервал масс ядер).

Ответ. Cм. таблицу.

2. В каких земных условиях можно экспериментально исследовать s- и r-процессы?

Ответ. Экспериментальная лаборатория для s-процесса – атомный реактор, для r-процесса – ядерный взрыв.

3. Определите временной интервал, за который были образованы ядра дейтерия и гелия (космологический синтез гелия).

Ответ. Космологический синтез гелия (в модели Горячей Вселенной) занял одни земные сутки, в течение которых температура упала с 1010 до 107 К.

4. Перечислите методы поиска экзопланет.

Ответ. 1) Движение звезды вокруг общего с планетой центра тяжести, замечаемого по периодическим смещениям скорости планеты (эффект Доплера); 2) биения периодов пульсаров (вращающихся нейтронных звёзд); 3) малые изменения блеска звезды при прохождении планеты перед её диском; 4) прямые наблюдения экзопланет ближайших звёзд в гигантские телескопы нового поколения.

5. Почему на криогенном спутнике Юпитера Европе может существовать океан жидкой воды?

Ответ. Жизнь на Европе, спутнике Юпитера, может быть в глубине океана под толстой (в километры) коркой льда. Данные наблюдений с КА «Галилей» доказывают существование водяного океана, подогреваемого донными источниками тепла, которое выделяется за счёт приливных сил со стороны Юпитера.

6. Как изменяется масштаб мира в моделях Фридмана?

Ответ. r = At2/3 (плоская Вселенная), r изменяется по циклоиде до rmax (замкнутая Вселенная), r ~ t2/3 (малые времена) и r ~ t (большие времена) – открытая Вселенная.

7. Какой параметр красного смещения имеют близкие и далёкие галактики?

Ответ. Z 0 (близкие галактики), Z  1, Z > 1 (далёкие галактики).

8. Что доказывает правоту модели Горячей Вселенной?

Ответ. 1) Тепловое реликтовое излучение, Т = 2,7 К; 2) обилие гелия (~25%) в мире – результат синтеза за первые сутки Большого Взрыва (Т = 1010...107 К); 3) эпоха рекомбинации (t = 106 лет, Z = 103).

Лектор Б.И.ЛУЧКОВ,
проф. МИФИ, д.п.н.

.  .