Ученые внедрили теорию сетей для определения начальной функции масс звезд

Теория сетей

Впервые методы сетевой науки внедрены в астрофизику

Впервые, ученые использовали методы сетевой науки для решения фундаментальной астрофизической проблемы, — объяснения так называемой «начальной функции масс звезд», согласно которой происходит распределение звезд по массе в галактиках и звездных скоплениях. Исследование было опубликовано в недавнем выпуске журнала The Astrophysical Journal.

Аспирант Андрей Клишин из Университета Мичигана, работу которого курировал Игорь Чилингарян из Астрономического института Штернберга, Московского Государственного Университета и Смитсоновской астрофизической обсерватории, применили методы сетевой науки для решения 60-летней астрономической проблемы.

«Такие методы уже были использованы в различных областях исследований, начиная от социологии и информатики, заканчивая областями молекулярной биологии. Однако никогда раньше не использовались в астрофизике», — сообщил Игорь Чилингарян.

Начальная функция масс звезд описывает относительные доли звезд с разными массами в звездной системе или соотношение больших и малых звезд в галактиках. В 1955 году физик-теоретик и астрофизик Эдвин Сэлпетер был первым, кто смог сформулировать закон эмпирического распределения в звездной окрестности с помощью подсчета звезд. Он показал, что распределение звезд по массе имеет степенную форму с показателем -2.35, что говорит о том, что звезды, масса которых в 10 раз превышает массу нашего Солнца, в 220 раз менее многочисленны, чем звезды солнечного типа.

Принципиально важным для астрономов вопросом оставался вопрос о том, каким именно образом происходит распределение звезд в галактике или в звездных скоплениях. Звездная система напоминает большую семья, в которой происходит взаимодействие всех ее членов. Они очерчивают «жизненное пространство» определенным образом и реагируют на внешние воздействия в соответствии с физическими законами. Для того, чтобы лучше понять как члены этой семьи влияют на эволюцию друг друга, астрономы должны знать, из каких именно типов звезд состоит то или иное скопление, галактика и так далее. Такой подход дает возможность узнать, сколько звезд каждой массы существует в той или иной системе.

Игорь Чилингарян и Андрей Клишин описали систему так называемых прото-звезд, которые развиваются за счет поглощения газа из диффузной межзвездной среды. Согласно их модели, космическая сеть растет по принципу льготного присоединения: узел, имеющий множество соединений создает новые соединения еще быстрее. В межзвездной среде, соединения представляют собой гравитационные силы, действующие между молекулярными плотными ядрами, которые впоследствии будут формироваться звезды. Открытие подробно описал руководитель проекта Игорь Чилингарян:

«Мы показали, что степенной закон, который регулирует начальную функцию масс звезд возникает независимо от начального распределения массы прото-звезд даже в том случае, если распределение плотности в межзвездном облаке фрактально. Этот фрактал распределения непосредственно следует из классической теории турбулентности, разработанной Советским математиком Андреем Колмогоровым. Мы встречаем фрактальные или самоподобные объекты ежедневно. Среди них, облака в атмосфере, снежинки и даже некоторые фрукты и овощи, такие как цветная капуста или брокколи, демонстрируют фрактальные свойства».

Популярные материалы