Фото: © Flickr/ European Southern Observatory Follow

Метод, ранее успешно опробованный для исследования белков, соцсети Facebook и электрических сетей, удалось успешно использовать и для изучения звёзд.

Андрей Клишин из Университета Мичигана (США) под руководством Игоря Чилингаряна из  Государственного астрономического института имени П.К. Штернберга (МГУ) впервые применил методы теории случайных сетей для решения важной задачи, стоящей перед астрономией — объяснения соотношения между численностью крупных и малых звёзд в галактиках. Соответствующая статья  опубликована в журнале The Astrophysical Journal.

Начальная функция масс звёзд показывает, какую долю от общего числа светил составляют звёзды данной массы. Из неё следует соотношение численности крупных и небольших звёзд в галактиках. По сути своей это эмпирический закон, то есть функция всегда выводилась с помощью наблюдений — понять её природу теоретически не удавалось. По ней распределение звёзд крупнее Солнца по массе описывается степенным законом с показателем степени -2,35. То есть вероятность её существования обратно пропорциональна приблизительно квадрату от её массы.

Модель межзвездной среды с фрактальным распределением плотности, где обозначены плотные молекулярные облака, из которых формируются протозвезды, и показаны гравитационные силы, которые они создают.  Фото: © The Astrophysical Journal / Игорь Чилингарян 

Например, светило в десять раз массивнее Солнца будет встречаться в 10-2,35 раза реже, чем равное нашему по массе. Этот показатель степени был найден в очень большом количестве далёких друг от друга скоплений. Он оставался почти одинаковым вне зависимости от возраста звёзд, их насыщенности тяжёлыми элементами или общей массы скоплений. Всё это долго интриговало астрономов — получалось, что распределение начальных масс звёзд почему-то мало связано со средой, в которой они образуются. Было понятно, что этот показатель не случаен, а обусловлен какими-то почти всеобщими механизмами, но какими — оставалось неясным.

Знание того, как именно звёзды в звёздной системе распределяются по массам, для астрономов очень важно. Светила постоянно и активно взаимодействуют между собой самым разным образом. Скажем, массивные звёзды в конце своей жизни могут взорваться, как сверхновые. Такое событие радикально меняет ситуацию на десятки световых лет кругом — случись такое рядом с нашей системой, на ней произошло бы массовое вымирание всего живого. С другой стороны, светилу с формирующейся протопланетной системой такая близкая вспышка может придать импульс для начала коллапса протопланетного диска и образования планет. Хотя этот механизм взаимодействия звёзд между собой самый яркий, он далеко не единственный. Таким образом понимание природы начальной функции масс звёзд даёт в руки учёных мощный инструмент, позволяющий понять процессы, которые идут во всех галактиках.

Чтобы разобраться в начальной функции масс, Игорь Чилингарян и Андрей Клишин использовали математические методы моделирования несколько необычным образом. Вместо того, чтобы описывать процесс роста каждой индивидуальной протозвезды, они представили всю систему как пространственную сеть, которая растёт по принципу предпочтительного присоединения. При предпочтительном присоединении, чем больше связей имеет узел — то есть чем с большим количеством протозвёзд гравитационно взаимодействует одна протозвезда, — тем активнее он формирует новые связи (протосветило действует гравитационно на более дальние протозвезды).

В результате учёным удалось показать, что даже если изначально протозвёзды имели бы случайную массу, дальнейшее взаимодействие в рамках такой случайно образующейся сети неизбежно ведёт к "выравниванию" их распределения масс по вышеописанному степенному закону. С помощью всего восьми уравнений и без привлечения каких-либо дополнительных параметров исследователям довольно элегантно удалось теоретически объяснить начальную функцию масс звёзд.

Авторы работы отмечают, что им удалось добиться такого результата с помощью не самого типичного для астрофизики метода, позаимствованного у теории случайных сетей. Она активно развивается последние 15-20 лет. Как следует из её названия, занимается она изучением свойств сетей как математических объектов вне зависимости от их конкретной природы. Ранее они успешно использовались как статистический инструмент в работах по биологии, библиометрии, описания электрической сети как набора подстанций и линий электропередачи, и даже изучения связей между пользователями в социальной сети Facebook. Однако до новой работы для решения астрономических проблем её возможности никогда ранее не привлекались. 

Source: https://life.ru/t/%D0%BD%D0%B0%D1%83%D0%BA%D0%B0/416912/tieoriia_sluchainykh_sietiei_proiasnila_protsiess_obrazovaniia_zviozd