Перепись невидимых звезд | |
Российские астрономы придумали, как заглянуть внутрь далеких галактик и скоплений, звезды которых не разрешаются отдельно. Они нашли способ проводить перепись таких звездных систем при помощи программы. Широкомасштабные исследования устройства Вселенной подразумевают, в частности, изучение систем, состоящих из большого количества звезд. Подобные звездные системы представляют собой интереснейшие объекты для исследования: это своего рода гигантские многоквартирные дома, в которых живут звезды разной массы и разных светимостей. Звезды взаимодействуют между собой в этих системах, делят территорию друг с другом, а если испытывают внешнее воздействие, то подчиняются ему всем скопом. Самые крупные звездные системы – это галактики (наша галактика Млечный Путь, к примеру, состоит из 200 млрд звезд; чтобы со скоростью света пролететь от её одного края до другого, понадобится 50 тыс. лет). Звездные системы, содержащие «всего» от нескольких десятков тысяч до двух миллионов звезд, которые имеют в поперечнике несколько десятков световых лет и, как правило, входят в состав галактик, называются звездными скоплениями. Для того чтобы лучше знать о том, как проходит жизнь такой системы, этого звездного «многоквартирного дома», ученым очень хотелось бы выяснить его «демографический состав», то есть распределение звезд по массам в начальный момент времени жизни такой системы. В астрономии это распределение называется начальная функция масс (IMF — от английского initial mass function): она показывает, какую долю от общего числа звезд занимают звезды данной массы. По современным представлениям, разные звездные системы рождаются с примерно одинаковым распределением звезд по массам в разных частях галактики. К выводу об универсальности IMF в своей , в 2002 году пришел австралийский астроном Павел Крупа, работающий в Германии. Самый простой и логичный способ провести «перепись» всех звезд в конкретной звездной системе — прямой их подсчет. Именно так в 1955 году сделал американский астроном Эдвин Солпитер. Используя скромные инструментальные данные того времени, он первым определил начальную функцию масс в окрестностях Солнца. Так продолжает делать большинство астрономов и сейчас. Но этот метод связан с серьезной проблемой. Дело даже не в том, что в одной системе количество звезд очень велико (тысячи, миллионы или даже миллиарды).
Звезды малой массы являются недостаточно яркими, и, пересчитав все яркие звезды, можно недосчитаться маломассивных звезд и в итоге получить неправильные результаты «переписи». К настоящему моменту астрофизики пришли к согласию, что распределение звезд с массой больше, чем одна масса Солнца, описывается степенным законом с показателем степени -2,35, то есть звезды с массой в две солнечные встречаются примерно в 102.35 = 220 раз реже, чем звезды, похожие на Солнце. А вот на вопрос, каким показателем степени описывается распределение звезд, которые имеют массу меньше одной солнечной, пока нет четкого ответа. Есть еще одна проблема, связанная с прямым подсчетом звезд, она состоит в следующем: современная «перепись» даст распределение масс в настоящий момент времени (PDMF – от английского present-day mass function), а звезды в ходе своей эволюции меняют массу. «PDMF — это IMF, которая подверглась влиянию эволюции, — поясняет сотрудник ГАИШ и Гарвард-Смитсонианского астрофизического центра Игорь Чилингарян. — Чтобы из PDMF определить IMF, нужно «отмотать» назад эволюцию данной звездной системы, а такая «перемотка» зависит от моделей эволюционных треков звезд, которые описываются моделями звезд. В одной из статей есть прямо такая «теорема»: IMF невозможно восстановить из наблюдений». Группой ученых Государственного астрономического института имени П. К. Штернберга Московского государственного университета предложен кардинально другой, по сравнению с прямым подсчетом звезд, метод определения начальной функции масс для маломассивных звезд, который обходит упомянутую теорему. Его основу составляет , который позволяет сравнением наблюдаемого интегрального спектра системы (то есть света всех звезд системы) или ее части с модельными спектрами восстанавливать физические параметры этой системы. Этот подход позволяет узнать о внутренних свойствах таких далеких систем, в которых звезды не разрешаются даже на самых крупных телескопах или космическом телескопе имени Хаббла. Анализируя в спектре далекой системы «лес линий» различных химических элементов от разных звезд, метод позволяет определить ряд важных для изучения истории звездообразования в системе параметров, например возраст и металличность (содержание в системе элементов тяжелее гелия). По инициативе Игоря Чилингаряна, который является одним из самым молодых докторов наук в истории отечественной астрофизики (он защитил докторскую диссертацию в 2010 году в возрасте 30 лет), в ГАИШ МГУ была проведена работа по модификации NBURSTS, с тем чтобы с ее помощью можно было восстанавливать информацию о распределении звезд по массам в исследуемой звездной системе. Данную работу под руководством Игоря Чилингаряна выполняли сотрудник ГАИШ МГУ к.ф.-м.н. Николай Подорванюк (он также возглавляет ) и аспирант астрономического отделения МГУ Иван Катков, а ее результаты будут опубликованы в престижном астрономическом журнале Monthly Notices of Royal Academy of Sciences на следующей неделе. Этот журнал является, по сути, единственным, в котором российские астрономы могут бесплатно публиковать те статьи, где они являются ведущими авторами. С полной версией статьи . В статье представлены результаты симуляций по проверке работоспособности методики. Так, при помощи специальной программы было сгенерировано несколько сотен искусственно зашумленных спектров с разными наборами параметров звездного населения, а последующая аппроксимация спектров с помощью разработанной методики решала обратную задачу — по лесу спектральных линий корректно восстановила эти параметры. Убедившись в работоспособности метода, авторы опробовали его для спектров четырех ультракомпактных карликовых галактик, полученных на 8-метровом телескопе GEMINI. «Эти объекты были выбраны, так как в них слабы эффекты динамической эволюции и, по сути, PDMF является IMF. В данной статье мы показываем, что наш метод дает очень хорошую точность по сравнению с подсчетом звезд вручную», — отмечает ведущий автор работы Николай Подорванюк. Кроме того, в статье представлен первый анализ по поиску областей спектра, чувствительных к изменению IMF маломассивных звезд. Оказалось, что большая часть этой информации содержится в спектральных линиях, чувствительных к значению ускорения силы тяжести на поверхностях звезд поздних спектральных классов (и, следовательно, малой массы). Это линии таких элементов, как кальций, ванадий, кобальт, никель и титан.
Коллектив намерен продолжать работу и применить свою методику к нескольким сотням разных объектов, в которых слабы эффекты динамической эволюции и PDMF близка к IMF таких объектов, как шаровые скопления или ультракомпактные карликовые галактики. «Хотя, к сожалению, дело движется не так быстро, как хотелось бы, — рассказывает ведущий автор работы Николай Подорванюк. — В силу различных причин у нашей небольшой группы нет возможности сделать работу по данной тематике своей основной. Во многом это связано с известными всем проблемами науки в России, где типичной является ситуация, когда занятия наукой – это роскошь, которую может позволить себе далеко не каждый человек. Ты постоянно сталкиваешься с финансовыми проблемами и вынужден подрабатывать на стороне, особенно если . Кроме того, до достижения возраста 27 лет тебя могут призвать в армию, и придется тратить время и нервы, чтобы доказать, что ты имеешь законную отсрочку — . Но то, что данная статья про наш метод все же увидела свет, позволяет надеяться, что последует и ее продолжение. Применение нашего метода, который рецензент назвал инновационным, обещает дать очень интересные и важные в астрофизике результаты». Источник - |
Академия наук Республики Башкортостан
Государственное бюджетное научное учреждение «Академия наук Республики Башкортостан» решает задачи научного обеспечения развития Республики Башкортостан и ее многонационального народа, активно участвует в интеграции исследовательской, инновационной деятельности научных организаций, вузов и предприятий республики, укрепляет связи между наукой и образованием, развивает сотрудничество научных организаций республики с российским и мировым научными сообществами.
Сегодня Академия наук Республики Башкортостан – современное, мобильное, динамично развивающееся научное учреждение, координирующее научные исследования в Башкортостане. Вопросы интеграции фундаментальных и прикладных исследований, инновационной деятельности научных учреждений и вузов республики являются первостепенными в Академии наук Республики Башкортостан.
Пользователи могут получить оперативную и полную информацию об ГБНУ "Академии наук Республики Башкортостан" (ее структуре, учреждениях, тематике научных исследований, достижениях и открытиях, новостях и т.д.). Здесь также представлена история создания, становления и деятельности Академии наук Республики Башкортостан, информация о ее членах – известных ученых республики, страны, мира.