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