FestivalNauki.ru
En Ru
cентябрь-ноябрь
176 городов
September – October
176 cities
12-14 октября 2018
МГУ | Экспоцентр | 90+ площадок
14–16 октября 2016
Центральная региональная площадка
28–30 октября 2016
ИРНИТУ, Сибэскпоцентр
14–15 октября 2016
Центральная региональная площадка
23 сентября - 8 октября 2017
«ДонЭкспоцентр», ДГТУ
октябрь-декабрь 2017
МВДЦ «Сибирь», Кванториум,
Вузы и научные площадки города
6-8 октября 2017
Самарский университет
27-29 октября
Кампус ДВФУ, ВГУЭС
30 сентября - 1 октября
Ледовый каток «Родные города»

Метод исследования Facebook, белков и электросетей успешно применен к звездам

Впервые в мире ученые использовали методы теории сетей для решения астрономической задачи — объяснения начальной функции масс, показывающей, как соотносится число небольших и крупных звезд в галактиках и других звездных системах. Работа исследователей опубликованав журнале The Astrophysical Journal.

 

Андрей Клишин (аспирант Университета Мичигана) под руководством Игоря Чилингаряна (ведущий научный сотрудник Государственного астрономического института имени П.К. Штернберга МГУ) впервые применил методы теории случайных сетей (network science) для решения астрономической проблемы, над которой ученые бились 60 лет — объяснения формы начальной функции масс звезд. «Подобные методы применялись в различных областях науки — от социологии и информатики до молекулярной биологии, но никогда в астрофизике», — комментирует Игорь Чилингарян.

Начальная функция масс звезд — это функция, показывающая какую долю от общего числа звезд в звездной системе составляют звезды данной массы (то есть соотношение числа крупных и небольших звезд в галактиках). Закон распределения начальных масс звезд был получен эмпирически физиком-теоретиком и астрофизиком Эдвином Солпитером в 1955 году (этот закон получил название «функция масс Солпитера»). Солпитер первым определил начальную функцию масс звезд в окрестностях Солнца. Выведенный им закон гласит, что распределение звезд с массой больше одной солнечной описывается степенным законом с показателем степени -2,35, то есть звезды с массой в десять солнечных встречаются примерно в 102.35 = 220 раз реже, чем звезды, похожие на Солнце.

Знание того, как именно звезды в звездной системе распределяются по массам, для астрономов очень важно. Звездные системы можно сравнить с большой семьей, все члены которой постоянно взаимодействуют между собой: они определенным образом делят между собой жизненное пространство, а если испытывают какое-либо внешнее воздействие, то подчиняются ему, согласно одним законам. Для того чтобы лучше понимать, как именно члены такой «семьи» воздействуют друг на друга, астрономам важно знать, из каких звезд состоит эта «семья» — то есть располагать данными о том, сколько звезд какой массы присутствует в звездной системе. 

Игорь Чилингарян и Андрей Клишин представили вбирающую в себя газ из диффузной межзвездной среды систему плотных облаков, из которых затем образуются звезды, как пространственную сеть, растущую по следующему принципу предпочтительного присоединения (preferential attachment): чем больше связей имеет узел, тем активнее он формирует новые связи. В случае с облаком межзвездной среды, связи – это гравитационные силы, которые действуют между плотными молекулярными облаками, из которых затем формируются звезды. «Вместо того, чтобы описывать процесс роста каждой индивидуальной протозвезды, мы представили всю систему как пространственную сеть, которая растет по принципу предпочтительного присоединения, и использовали математические методы из теории сетей. Мы показали, что степенной закон, которому подчиняется форма начальной функции масс, формируется вне зависимости от начального распределения протозвезд по массам, при условии, что распределение плотности в облаке межзвездной среды фрактальное, что прямо следует из теории турбулентности, разработанной известным советским математиком Андреем Колмогоровым. С объектами, имеющими фрактальное или самоподобное распределение плотности, люди встречаются ежедневно. К таким объектам относятся облака в земной атмосфере, снежинки и даже некоторые фрукты и овощи, например, цветная капуста и капуста брокколи», — комментирует Игорь Чилингарян.

Таким образом, ученые смогли при помощи восьми уравнений и без привлечения не имеющих физического обоснования дополнительных параметров теоретически объяснить форму начальной функции масс звезд. По словам Игоря Чилингаряна, ранее это делалось исключительно в рамках «классических астрофизических методов» — в больших сериях статей на десятках страниц сложных вычислений в сотнях уравнений. 

«Игорь пригласил меня работать над этим проектом после нашей случайной встречи в Бостоне, на которой я упомянул свои интересы в статистической физике, — говорит Андрей Клишин. — Эта область физики исследует аспекты систем большого числа частиц, которые не зависят от мелких деталей. Так, один и тот же показатель степени Солпитера в -2.35 был измерен в большом числе звездных скоплений, разного возраста, металличности и общей массы. Значит, это значение обусловлено не локальными деталями конкретного скопления, а какими-то более общими механизмами. Именно поэтому, когда мы предлагаем принцип предпочтительного присоединения в статье, мы цитируем работы по теории сетей, библиометрии, возникновению биологических видов — во всех этих задачах статистические свойства очень похожи друг на друга». 

Теория случайных сетей — это наука, активно развивающаяся на протяжении последних 15-20 лет. Как следует из нее названия, занимается она изучением свойств сетей как математических объектов, вне зависимости от того, какая реальная система понимается в качестве сети. Так, теорию сетей можно использовать для описания электрической сети как набора подстанций и линий электропередачи, взаимодействия множества белков внутри клетки живого организма, связей между пользователями в социальной сети, такой как Facebook, или даже во всем интернете (World-Wide-Web), или общения в научных коллаборациях. Игорь Чилингарян и Андрей Клишин впервые применили методы теории сетей для решения астрономической проблемы.

«Данная работа — первая в своем роде и она создает основу для нового междисциплинарного аспекта в астрофизике. В дальнейшем мы планируем развивать это семейство методов и использовать их для решения целого спектра астрофизических задач в области исследования механизмов звездообразования и в наблюдательной космологии (исследование крупномасштабной структуры распределения вещества во Вселенной)», — заключает Игорь Чилингарян. 

Добавьте свой комментарий

Plain text

  • Переносы строк и абзацы формируются автоматически
  • Разрешённые HTML-теги: <p> <br>
LiveJournal
Регистрация

Другие статьи в этой рубрике

Новости в фейсбук

Случайные статьи

10 золотых цитат А.Эйнштейна

Альберт Эйнштейн был выдающимся физиком. Но кроме того, профессор Эйнштейн был философом, который ясно понимал законы успеха, и объяснял их так же хорошо, как и свои уравнения. Вот десять цитат из огромного списка его замечательных высказываний.

Археологи изучили предметы, изготовленные жившими рядом с Владимиром Homo sapiens

Археологи из МГУ имени М.В.Ломоносова проанализировали изделия из костей и бивней мамонта, обнаруженные на памятнике Сунгирь, выяснив, как населявшие стоянку Homo sa

Изобрести лифт

Вот уже на протяжении 160 лет с момента создания лифта его основная концепция не меняется. Все это время лифт предназначался для перемещения людей только вверх и вниз, однако немецкая компания ThyssenKrupp сообщает, что настало время перемен.

Мозг хочет, чтобы мы ленились

Издательство «Альпина Паблишер» готовит к выходу книгу американского ученого Эндрю Смарта «О пользе лени. Инструкция по продуктивному ничегонеделанию».

Конец медицины антибиотиков?

Появление антибиотиков стало настоящей революцией, они сделали обыденными медицинские операции, которые до этого считались чудом. Но скоро медицине, какой мы ее знаем сегодня, может придет конец.