Ученые применили метод исследования Facebook, белков и электросетей к звездам

s.jpg

Ученые из университета Мичигана и Государственного астрономического института им. П.К. Штернберга МГУ (ГАИШ) впервые применили методы теории случайных сетей (network science) для решения астрономической проблемы - объяснения начальной функции масс, показывающей, как соотносится число небольших и крупных звезд в галактиках и других звездных системах.

Работа опубликована в журнале The Astrophysical Journal.
"Подобные методы применялись в различных областях науки - от социологии и информатики до молекулярной биологии, но никогда в астрофизике", - отметил ведущий научный сотрудник ГАИШ, один из авторов исследования 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). Ученые 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", - заявил 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 Чилингаряна, ранее это делалось исключительно в рамках "классических астрофизических методов" - в больших сериях статей на десятках страниц сложных вычислений в сотнях уравнений.
Теория случайных сетей занимается 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.
"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)"