Астрофизики Игорь Чилингарян из Государственного астрономического института имени П.К. Штернберга МГУ и Андрей Клишин из Университета Мичигана 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 опубликована в журнале The Astrophysical Journal.
Ранее подобные методы применялись в социологии, информатике, молекулярной биологии, но никогда в астрофизике. 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», — сказал 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.
Фото 1. Модель межзвездной среды с фрактальным распределением плотности, где обозначены плотные молекулярные облака, из которых формируются протозвезды, и показаны гравитационные силы, которые они создают.
Фото 2. Та же область, что на первой картинке, но цветами показаны зоны, где гравитация каждого из плотных молекулярных облаков доминирует. Частичка межзвездной среды, показанная маленьким квадратиком, может присоединиться к каждому из плотных облаков с вероятностью, пропорциональной гравитационной силе, создаваемой им. Источник: Игорь Чилингарян, Андрей Клишин
Фото 3. Соцветия цветной капусты подчиняются фрактальному распределению плотности c размерностью, похожей на межзвездную среду. Источник: Игорь Чилингарян/Rasbak
