КАРТОЧКА
ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер 18-72-10132
НазваниеИсследования областей образования массивных звёзд и молодых звездных объектов с использованием пространственно разрешённых наблюдений в оптическом и инфракрасном диапазонах
РуководительБоли Пол Эндрю , кандидат наук (признаваемый в РФ PhD)
Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)", г Москва
| Период выполнения при поддержке РНФ | 07.2021 - 06.2023 |
Конкурс Конкурс на продление сроков выполнения проектов, поддержанных грантами Российского научного фонда по мероприятию «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными (30).
Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе, 02-704 - Физика и эволюция звезд и межзвездной среды
Ключевые словазвёздообразвание, массивные молодые звёздные объекты, зоны HII, аккреция, околозвёздное вещество, интерферометрия
Код ГРНТИ41.23.02
СтатусЗакрыт досрочно
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Проект нацелен на синтез наблюдательных данных с высоким пространственным разрешением в широком диапазоне длин волн (от оптики до радио) для описания звёздообразования как единого процесса, протекающего на масштабах от нескольких парсеков (молекулярные облака) до нескольких астрономических единиц (отдельные молодые звёзды). Актуальность проекта обусловлена серьёзными пробелами в теории образования звёзд, особенно массивных. Нарастающий объём данных современных телескопов, в том числе интерферометров, требует разработки детальных моделей для интерпретации наблюдений. Новизна проекта заключается в том, что мы предлагаем провести массовое фитирование спектрального распределения энергии с учётом пространственного распределения интенсивности излучения звёзд и протозвёзд в молодых скоплениях, исследовать структуру объектов, их эволюционный статус со свойствами родительского молекулярного газа. Кроме того, мы планируем уделить особое внимание исследованию кратности на стадии формирования массивных звёзд, поскольку этот вопрос исследован лишь фрагментарно, хотя он может оказаться одним из основных при объяснении вспышек светимости при эпизодической аккреции. В рамках Проекта 2021 планируется провести моделирование протозвёздного населения областей звёздообразования при использовании разработанного в Проекте 2018 программного обеспечения. Мы планируем оценить роль областей H II в процессе звёздообразования вблизи фронтов ионизации на основе полученных результатов моделирования и наблюдений областей в оптическом, инфракрасном и радио- диапазонах. Будет проведён анализ карт излучения молекул для оценок плотности газа, его температуры и поля скоростей в областях звёздообразования. Проект 2021 предполагает определение эволюционного статуса областей звёздообразования и диагностику физических условий в них, совместно с анализом распределения энергии в непрерывном спектре. Также будет проведён компонентный анализ интерферометрических наблюдений молодых звёздных объектов в инфракрасном диапазоне, начатый в Проекте 2018, и продолжена работа по восстановлению изображения массивного молодого звёздного объекта на основе имеющихся интерферометрических наблюдений в среднем инфракрасном диапазоне на VLTI/MATISSE. Таким образом, Проект нацелен на решение нескольких актуальных задач теории звёздообразования, в котором будут применены оригинальные подходы, разработанные коллективом в Проекте 2018.
Ожидаемые результаты
В рамках проекта Проекта будут использованы наблюдения как крупномасштабной структуры (до нескольких парсеков) областей массивного звёздообразования, так и самых мелких масштабов отдельных молодых звёздных объектов (до нескольких астрономических единиц). Использование пространственно разрешённых наблюдений (во всех диапазонах) позволит снять неопределённости, связанные с моделированием спектрального распределения энергии молодых звёздных объектов, так и для определения условий и конфигурации околозвёздного вещества в непосредственной близости образующихся звёзд. Сочетание с моделированием спектрального распределения энергии молодых звёздных объектов с учётом радиальных профилей излучения позволит определить общий ход звёздообразования в области и оценить вклад инициирования (triggering) в его развитие. По наблюдениям молекулярных линий в радиодиапазоне мы получим и оптическую толщину и температуру возбуждения излучения в линиях. Кроме пар молекул-изотопологов, наблюдения спектральных линий со сверхтонкой структурой также позволяют независимо оценивать оптическую толщину и температуру возбуждения молекул. Таким образом, будут найдены градиенты скоростей, сопровождающие либо коллапс плотных газо-пылевых сгустков, либо их расширение. Особое внимание будет уделено регионам, пограничным с областями H II. Будет исследовано возможное влияние ударных волн, сопровождающих нестационарные (расширяющиеся) области H II, на кинематику газа в сгустках, а также на пространственное распределение плотного газа и молодых звёздных объектов.
Анализ отдельных молодых звёздных объектов будет проведён на основе интерферометрических наблюдений в среднем инфракрасном диапазоне. Для интерферометрических наблюдений будет проведён компонентный анализ спектральной зависимости коррелированного потока в широком диапазоне (3-4 мкм, 8-13 мкм). В результате будут определены радиус внутреннего края аккреционного диска и его температура, профиль температуры диска в зависимости от радиуса, размер и спектр компонента с более протяжённым излучением. Также будет сделана вероятностная оценка наличия сигнала от компаньонов в интерферометрических наблюдениях. Также будет восстановлено изображение в среднем инфракрасном диапазоне, что позволит сравнить найденную структуру с наблюдениями в миллиметровом диапазоне.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Аннотация результатов, полученных в 2021 году
Работа по Проекту на четвёртный год была нацелена на объединение наблюдательных данных крупномасштабных областей звёздообразования с наблюдениями с высоким пространственным разрешением отдельных молодых звёздных объектов и протозвёздных объектах в них. В этих целях были проведены наблюдения и картографирование областей звёздообразования в радиолиниях различных молекул, а также были собраны наблюдения звёзд и молодых звёздных объектов в тех же областях с оценкой их качества и приведением в нужный для дальнейшего анализа вид. На основе наблюдений массивных молодых звёздных объектов на интерферометрах в среднем инфракрасном диапазоне был проведен компонентный анализ отдельных источников, а также был проведён сравнительный анализ алгоритмов восстановления изображения с синтетическими наблюдениями с целью определения наилучших подходов к применению к реальным наблюдениям. Также был разработан метод статистического анализа спектрального распределения энергии звёзд в оптическом и ближнем инфракрасном диапазонах с учётом параметров звёзд и межзвёздного поглощения на основе обзорных наблюдений, что в будущем позволит сравнивать свойства поглощающего вещества в окрестностях областей звёздообразования.
По наблюдениям в радиодиапазоне был проведён анализ пространственно-кинематической структуры плотных сгустков вокруг протяженной оболочки (предположительно, старой области HII) показал, что наблюдается вытянутость вдоль края оболочки. На отчетном этапе выполнения Проекта был сделан упор на исследование наиболее яркого объекта из оболочки. На картах поверхностной яркости виден один пик излучения во всех молекулах. Он совпадает с пиком излучения холодной пыли на 850 мкм по данным SCUBA-2. Для исследования кинематической структуры были построены карты в каналах скоростей.
Для анализа данных полученных из каталогов Gaia DR2/eDR3 реализован алгоритм определения членов скопления, предложенный в статье Jones and Walker 1988. Новые данные Gaia позволяют с большей точностью отождествлять звёзды принадлежащие конкретному скоплению. Оценка вероятности принадлежности объекта проводится по значениям собственных движений звёзд. Стоит отметить, что полноты данных GAIA DR2/eDR3 всё ещё недостаточно для выделения звёзд в отдельных волокнах. Также была оценена перспективность использования алгоритмов DBScan для определения членов скопления и сделан вывод о том, что метод требует серьёзной модификации для работы со сложными скоплениями в регионах звёздообразования и не позволяет определять вероятность принадлежности к скоплению конкретного звёздного объекта.
Компонентный анализ интерферометрических наблюдений с прибором VLTI/MATISSE в фильтрах L (2,9-3,8 мкм) и N (8-13 мкм) проведён для ряда массивных молодых звёздных объектов. Использование байесовского анализа при моделировании наблюдений в виде амплитуды функции видности и замкнутой фазы позволяет определить не только общие геометрические характеристики объектов (размер, наклон, позиционный угол протяжённых структур), но также выявить наличие отклоняющихся от центральной симметрии компонент, что было невозможным до появления способа корректно моделировать замкнутую фазу в наблюдениях.
При изучении возможности восстановления интерферометрических изображений два алгоритма, eht-imaging и SQUEEZE, показали наилучший результат на точечно-симметричных моделях, воспроизводя углы наклона и характеристики протяженности объектов. С несимметричными многокомпонентными моделями наилучший результат даёт SQUEEZE, восстановив взаимное расположение компонент и относительный поток, в то время как решения eht-imaging проявляют сильную неустойчивость при восстановлении изображений для таких моделей, сильно зависящую от выбора регуляризаторов, их статистических весов и количества итераций.
Основным результатом работы по анализу параметров звёздных объектов и характеристик межзвездной среды стал рабочий алгоритм, дающий наглядную оценку распределения значений искомых переменных (эффективная температура, светимость, расстояние до объекта и параметры межзвездного поглощения). Для визуализации полученных значений были построены контуры областей, являющиеся проекциями цепей Маркова в пространстве параметров и иллюстрирующие вероятностное распределение значений изучаемых переменных. Кроме того, на графиках такого вида стало возможно проследить за относительным распределением параметров и определить связь между ними. Помимо контуров также были построены гистограммы для каждого параметра, явно демонстрирующие наличие пиков в распределении.
Публикации
1. Гималиева А.Д., Салий С.В., Кирсанова М.С. Сложные молекулы в направлении V645 Cyg Астрономия и исследование космического пространства, - (год публикации - 2022)
2. Плакитина К.В., Кирсанова М.С. Излучение молекул в молодых массивных звездных объектах из RCW 120 Астрономия и исследование космического пространства, - (год публикации - 2022)
3. Муха В.А., Боли П.Э. Вероятностное распределение звёзд в Галактике по спектральным классам Труды 64-й Всероссийской научной конференции МФТИ: Фундаментальная и прикладная физика, стр. 177 (год публикации - 2021)
4. Никонова Н.С., Боли П.Э. Сравнение алгоритмов восстановления интерферометрических изображений по инфракрасным данным с прибора MATISSE Труды 64-й Всероссийской научной конференции МФТИ: Фундаментальная и прикладная физика, стр. 175 (год публикации - 2022)