Статистичні закономірності в зоряних системах

Результати розв'язання задач 8-11, які сформульовано у Вступі для визначення функцій розподілу астрофізичних параметрів зірок і субзірок, зведено в п'ять пунктів висновків по розділу 4. Перший пункт відображує одержаний розв'язок задачі 9, другий і третій - розв'язок задач 8 і 10. Результати розв'язання 11-ї задачі відображають четвертий і п'ятий пункти висновків. В коментарях до результатів, одержаних в цьому розділу, звертається увага на ряд чисельних статистичних і астрофізичних характеристик, які мають важливе значення для дослідження популяції зірок і субзірок найближчих навколосонячних околиць.

ВИСНОВКИ

Сукупність результатів теоретичних досліджень, проведених в дисертаційній роботі, є новим напрямком розвитку в астрофізиці і зоряній астрономії. В роботі розв'язано проблему виявлення статистичних закономірностей у відокремлених зоряних системах, включаючи сонячні околиці. Раніше статистичний апарат застосовувався для вивчення структури зоряних систем, які спостерігаються на сучасному стані розвитку Галактики. Менше зверталося уваги застосуванню апарату теорії ймовірності і математичної статистики для аналізу еволюційних процесів в зоряних системах і їх складових. Для розвитку цього напрямку запропоновано комплекс статистичних методів з використанням графів, що дозволило розробити статистичну теорію розвитку зоряних систем, які утворюються шляхом каскадної фрагментації, у склад яких входять зірки і субзірки, що знаходяться на різних стадіях еволюції. За допомогою розробленої методології виявлено загальні статистичні зв'язки між основними характеристиками остигаючих субзірок і зірок головної послідовності; встановлено залежності темпу остигання і тривалості горіння водню від їх мас нульового віку. Установлено зв'язки між масами зірок, що проходять ключові фази еволюції. Одержано вірогідні значення основних астрофізичних параметрів для більшості зірок і субзірок, які знаходяться на відстані від Сонця ближче 10 пк.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ, ОТРИМАНІ В РОБОТІ

1. Вперше обґрунтовано доцільність статистичного підходу до вивчення еволюції замкнутої зоряної системи з використанням графів. Одержано загальні вирази і розроблено алгоритми для обчислення часткових складів речовини, яка йде на формування різних популяцій Галактики.

2. Вперше виконано теоретичні розрахунки спектрів мас джинсовських згустків з урахуванням фізичного стану фрагментуючого газового середовища. Одержані теоретичні вирази застосовано для опису первинної фрагментації у Місцевій групі, Нашій і Місцевій зоряних системах. Дана інтерпретація спостережних чисел галактик-супутників сімейства Чумацького Шляху, асоціацій і зоряних скупчень в Місцевій зоряній системі з позиції первинної фрагментації у відповідних протосистемах.

3. Вперше проведено теоретичні розрахунки спектру мас компонентів зоряної системи в залежності від її віку з урахуванням дисипації зірок і субзірок та зоряної еволюції. Одержаний спектр мас узагальнює одержаний раніше вираз для темпу втрати із зоряних систем зірок з однаковими масами.

4. Вперше одержано узагальнюючу статистичну модель еволюціонуючих зірок різного елементного складу. Одержано зв'язки для фізичних параметрів еволюціонуючих зірок на основі сучасних теоретичних моделей і статистичних співвідношень, які базуються на спостережних даних. Складено зведені каталоги мас, радіусів і спектрів найближчих зірок. Узагальнено і одержано залежності часу перебування зірок на головній послідовності від їх початкових мас та елементного складу. Запропоновано обґрунтування значення максимальних мас зірок диску.

5. Розроблено нову фізичну еволюційну модель субзірок і хімічну модель їх атмосфер. Проведено чисельне моделювання еволюції субзірок з масами 0.01ч0.08 m на етапах еволюції 106ч1010 років. Проаналізовано і виявлено зв'язки між їх фізичними параметрами. Проведено розрахунки для рівноважних концентрацій хімічних частинок у газовій суміші на основі водню і гелію з одновідсотковими домішками вуглецю, азоту і кисню.

6. Одержано нові каталоги вірогідних значень астрофізичних параметрів близьких до Сонця зірок (мас, радіусів, абсолютних величин, спектрів) і на їх основі обчислено густини розподілів і інші важливі статистичні характеристики. Складено зведений каталог найближчих джерел ІЧ- випромінювання.

7. Вперше одержано зоряно-субзоряну функцію мас і сумарний спектр мас масивних протозірок. Оцінено частковий вміст субзірок серед зоряно-субзоряної популяції. Обчислено темпи зореутворення і поповнення зорями і субзорями за рахунок їх дисипації із скупчень в сонячних околицях.

8. Вперше виявлено групи кратних систем в навколосонячній області. Досліджено просторовий розподіл близьких зоряних систем і їх компонентів за новими даними.

9. Вперше виконано комплексне визначення віку і металічностей найближчих до Сонця зірок і субзірок та проведено їх аналіз. Складено зведений каталог металічностей близьких зірок і на його основі обчислено їх диференційну функцію розподілу.

ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА

1. Гуревич Л.Э., Левин Б.Ю. Эволюция систем гравитирующих тел // Докл. АН СССР. - 1950. - T. 70, №5. - C. 781-784.

2. Einasto J., Joeveer M., Kaasik A. The mass of the Galaxy // Tartu Astron. Obs. Teated. - 1976. - Vol. 54. - P. 3-75.

3. Olano C.A. The Origin of the Local System of Gas and Stars // Astron. J. - 2001. - Vol. 121. - P. 295-308.

4. Appenzeller I., Tscharnuter W. The evolution of a massive protostar // Astron. Astrophys. - 1974. - Vol. 30, № 2. - P. 423-430.

5. Westbrook Ch., Tarter B. On protostellar evolution // Astrophys. J. - 1974. - Vol. 200. - P. 48-60.

6. Yorke H. The evolution of protostellarenvelopes of masses 3 m and 10m. I. Structure andhydrodynamic evolution // Astron. Astrophys. - 1979. - Vol. 80. - P. 308-316.

7. Yorke H., Krugel H. The dynamical evolution of massive protostellar clouds // Astron. Astrophys. - 1977. - Vol. 54. - P. 183-194.

8. Heger A., Fryuer C.L., Woosley S.E., et al. How massive single stars end their life // Astrophys. J. - 2003. - Vol. 591, Iss.1. - P. 288-300.

9. МасевичА.Г., ТутуковА.В. Эволюция звезд: теория и наблюдения. - М.: Наука. - 1988. - 280 с.

10. Сурдин В.Г. Рождение звезд. - М.: УРСС. - 2001. - 262 с.

11. Burrows A. Modeling brown dwarfs, L dwarfs, and T dwarfs // Brown Dwarfs, Proc. of IAU Symp. #211, 20-24 May 2002 Univ. of Hawaii, Honolulu, Hawaii.-2003.-Vol. 211.-P. 393-407.

12. Nelson L.A., Rappoport S.A., Joss P.C. The evolution of very low mass stars // Astrophys. J. - 1986. - Vol. 311, № 1. - P. 226-240.

13. ЛандауЛ.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика, т.5: Статистиче-ская физика, ч.1. - 3-еизд. доп. - М.:Наука. - 1976. - 584 с.

14. Грязнов В.К., Иосилевский И.Л., Красников Ю.Г. и др. Теплофизические свойства рабочих сред газофазного ядерного реактора. - М.: Атомиздат. - 1980. - 304 с.

15. Udry S., Eggenberger A., Mayor M., et al. Planets in multiple-star systems: properties and detections // RevMexAA (Serie de Conferencias). - 2004. - Vol. 21. - P. 207-214.

16. Gould A., Bahcall J.N., Flynn C. Disk M dwarf luminosity function from Hubble space telescope star counts // Astrophys. J. - 1996. - Vol. 465, № 2. - P. 759-768.

17. Salpeter E.E. The luminosityfunction and stellar evolution // Astrophys. J. - 1955. - Vol. 121. - P. 161-167.

18. Захожай В.А. Массы ближайших звезд // Кинематика и физика небесных тел. - 1994. - T. 10, №2. - C. 68-73.

19. Скало Д.М. Спектр звездных масс. - В кн.: Протозвезды и планеты. - T. 1 / Под ред. Герелса Т. Пер.с англ. - М.: Мир. - 1982. - С. 295-320.

20. Kroupa P. The Initial Mass Function of Stars: Evidence for Uniformity in Variable Systems // Science. - 2002. - Vol. 295, Iss. 5552. - P. 82-91.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ РОБІТ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

В фахових виданнях і журналах:

1. Александров Ю.В., ЗахожайВ.А. Существование планетных систем в Галактике и проблемы их поиска // В кн.: Проблемы поиска жизни во Вселенной. - M.: Наука. - 1986. - С. 201-210.

2. Захожай В.А. Статистические свойства звезд и кратных систем в области 10 пк // Астрономо-геодезические исследования: Близкие двойные и кратные звезды. - Свердловск: УрГУ. - 1990. - С. 44-54.

3. Zakhozhaj V.A., Ruban E.V., Ejgenson A.M.,YatsykO.S. Cluster analysisof nearest stars // Astron. Astrophys. Transact. - 1992. - Vol. 3. - P. 93-94.

4. Захожай В.А. Массы ближайших звезд // Кинематика и физика небесных тел. - 1994. - T. 10, № 2. - C. 68-73.

5. Захожай В.А., Шапаренко Э.Ф., Васильев В.П., Васильева Л.В. ИК-источники в окрестностях Солнца // Кинематика и физика небесных тел. - 1994. - T. 10, №2. - C. 74-85.

6. Zakhozhaj V.A. The distribution of multiple systems in the neighbourhood of the Sun // Astron. Astrophys. Transact. - 1995. - Vol. 7. - P. 167-170.

7. Захожай В.А., ШапаренкоЭ.Ф. Металличности близких звезд // Кинематика и физика небесных тел.- 1996. - T. 12, №2. - C. 20-29.

8. Zakhozhaj V.A. Initial Jeans mass spectra of the three models of galactic star formation: a theoretical model // Astron. Astrophys. Transact. - 1995. - Vol. 6. - C. 221-228.

9. Zakhozhaj V.A. Possible application of Graphs to Galactic evolution // Astron. Astrophys. Transact. - 1996. - Vol. 10. - C. 321-328.

10. Zakhozhaj V.A., Blokhina M.D., Pysarenko A.I., Yatsenko A.A., SlusarenkoYu.V. On the problem of the numerical model connstruction of zero-age substars // Odessa Astron. Publ. - 1996. - Vol. 9. - P. 173-174.

11. ЗахожайВ.А., ШапаренкоЭ.Ф. Функция распределения металличности близких звезд // Кинематика и физика небесных тел. -1997. - T. 13, №6. - C. 63-66.

12. Захожай В.А., Яценко А.А., Писаренко А.И. Внутреннее строение субзвезд. Модели и проблема теории вещества // Кинематика и физика небесных тел. - 1999. - Vol. 15, №3. - C. 206-214.

13. Захожай В.А., Писаренко А.И., Яценко А.А., Педаш Ю.Ф., КотелевскийС.И.Химическое равновесие в атмосферах водородно-гелиевых субзвезд // Кинематика и физика небесных тел. - 1999. - T. 15, №6. - C. 516-522.

14. Захожай В.А. Функция масс звезд Галактики // Кинематика и физика небесных тел. - 2000. - T. 16, №2. - C. 153-168.

15. Захожай В.А., Котелевский С.И., Педаш Ю.Ф., Писаренко А.И., ЯценкоА.А. Особенности молекулярного состава атмосфер субзвезд // Кинематика и физика небесных тел. - 2001. - T. 17, №1. - C. 3-16.

16. Захожай В.А. Ожидаемый спектр масс звезд и субзвезд в скоплениях Галактики // Радиофизикаи радиоастрономия. - 2001, июнь. - Vol. 6, №2. - S97-S100.

17. КотелевскийС.И., ПедашЮ.Ф., ЗахожайВ.А. Молекулярные постоянные и энтальпия образования астрофизически важных соединений. Элементы H, He, C, N, O // Кинематика и физика небесных тел. - 2001. - T. 17, №6. - C. 503-529.

18. ЗахожайВ.А. Роль субзвезд в эволюции Галактики // Вісник астрономічної школи. - 2001. - T. 2, № 1. - C. 34-44.

19. Evsukov N.N., Zakhozhaj V.A., Psaryov V.A. Planetary systems of the Galaxy // Odessa Astronomical Publications. - 2001. - Vol. 14. - P. 205-207.

20. Захожай В.А. Радиусы и спектры ближайших звезд // Кинематика и физика небесных тел.- 2002. - T. 18, №6. - C. 535-552.

21. Захожай В.А. Космические тела Галактики: классификация и эволюция // Вісник астрономічної школи. - 2002. - T. 3, № 2. - С. 81-99.

22. КотелевськийС.І., ПедашЮ.Ф., ЗахожайВ.А., ПисаренкоА.І. Особливості хімічної та іонізаційної рівноваги у атмосферах субзірок сонячного елементного складу при низьких температурах // Кинематика и физика небесных тел. - 2004. - T. 20, №2. - C. 118-132.

23. Захожай В.А. Проблема существования планетных систем. I.Методы и средства поиска // Вісник астрономічної школи. - 2005. - T. 4, № 2. - С. 34-54.

24. Захожай В.А. Проблема существования планетных систем. II.Ожидаемые свойства и первые результаты поиска // Вісник астрономічної школи. -2005. - T. 4, № 2. - С. 55-72.

25. Захожай В.А. Структура нашей звездной системы // Кинематика и физика небесных тел. - 2005. - T. 21, №6. - C. 414-440.

26. ПисаренкоА.И., ЯценкоА.А., ЗахожайВ.А. Модель эволюции субзвездных объектов // Астрон. журн. - 2007. - Т. 84, № 8. - С. 675-684.

В матеріалах конференцій:

27. ЗахожайВ.А., ПисаренкоА.И. Современные возможности и перспективы поиска субзвезд в Галактике // Сборник трудов “Первая украинская конференция по перспективным космическим исследованиям”, Киев, 8-10 октября 2001. - Киев (Украина). - 2001. - С. 66-70.

28. ЗахожайВ.А. Cубзвезды - новый класс космических тел // Международная междисциплинарная научно-практическая конференция “Современные проблемы науки и образования” (г. Керчь, 27 июня - 4 июля 2001 г.). - Материалы конференции в двух частях: Часть 1. - Харьков (Украина). - 2001. - С. 32-33.

29. Zakhozhaj V.A. Astrometrical method of searching for cool satellites of stars. Results and perspectives // In: Extension and connection of reference frames using ground based CCD technique. - Nikolaev (Ukraine). - 2001. - Р. 274-283.

30. Захожай В.А., Педаш Ю.Ф., Писаренко А.И. Внутреннее строение и эволюция субзвезд // Международная научная конференция “Каразинские естественнонаучные студии” (г.Харьков, 14-16 июня 2004 г.). - Материалы конференции. - Харьков (Украина).- 2004. - С. 85-86.

31. Захожай В.А. Химическая эволюция в Галактике // Вісник Харк. Націон. Ун-ту. - 2005. - № 648. - Хімія, вип.12 (35). - С. 154-158.

АНОТАЦІЯ

Захожай В.А. Статистичні закономірності в зоряних системах. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук за спеціальністю 01.03.02 - астрофізика, радіоастрономія. - Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна, Харків, 2007.

Дисертаційна робота присвячена розв'язанню проблеми виявлення статистичних закономірностей у відокремлених зоряних системах, включаючи сонячні околиці. Досліджено масиви фізичних і кінематичних даних, різні характеристики зоряних систем і їх компонентів, що знаходяться на ключових фазах еволюції, для визначення статистичних закономірностей у їх еволюційних подіях; зв'язки між астрофізичними параметрами зірок і субзірок і їх функції розподілу; зв'язки між різними функціями розподілу характеристик космічних тіл.

Показано, що процес фрагментації можна описувати статистичними методами. Одержано загальний вираз для зоряно-субзоряного спектру мас, який є функцією віку зоряних систем. Установлено зв'язки між масами космічних тіл, що знаходяться на ключових фазах еволюційного розвитку. Виділено зоряні кластери серед популяції найближчих зірок, виконано оцінки віку окремих зірок, субзірок і зоряних систем.

Ключові слова: зоряні системи, найближчі зірки, функції розподілу, статистичні закономірності.

Захожай В.А. Статистические закономерности в звездных системах. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук по специальности 01.03.02 - астрофизика, радиоастрономия. - Харьковский национальный университет имени В.Н.Каразина, Харьков, 2007.

Диссертационная работа посвящена решению проблемы выявления статистических закономерностей в обособленных звездных системах, включая солнечные окрестности.

Исследованы массивы физических и кинематических данных, различные характеристики звездных систем и их компонентов, находящихся на ключевых фазах эволюции, для определения статистических закономерностей в их эволюционных событиях; связи между астрофизическими параметрами звезд и субзвезд и ихфункции распределения; связи между различными функциями распределения характеристик космических тел.

Проведенный анализ звездных систем Местной группы, территориально к которым принадлежит Солнце, показал, что имеются убедительные аргументы об их формировании на стадии обособленности. Общий “сценарий” эволюции Галактики, представлен в виде графа и подграфов, в узлах которых величины являются долевыми содержаниями (по массе) составляющих Галактики. Эти величины являются вероятностями ключевых событий. После введения понятия “путь графа”, стало возможным записать выражения для появления любого ключевого события для заданного возраста Галактики, а учет ее массы дает возможность рассчитывать долевые содержания всех входящих в нее звездных систем и их основных компонентов, находящихся на различных этапах эволюционного развития.

Моделирование различных астрофизических условий во фрагментирующих облаках позволило получить спектры масс первичных джинсовских фрагментов и общие формулы для расчетов основных статистических параметров. Применение этих выражений для анализа первичной фрагментации к реальным звездным системам Местной группы продемонстрировало соответствие теории и наблюдательных данных. Это означает, что процесс фрагментации можно описывать статистическими методами. Полученное общее выражение для спектра масс, который является функцией возраста звездных систем, показывает влияние различных факторов эволюции на формирование наблюдаемых данных о звездных скоплениях.

Установленные связи между массами ключевых космических тел позволяют проследить изменение любых масс звезд на протяжении их эволюции без проведения специального моделирования. Обобщены и получены зависимости пребывания звезд на главнойпоследовательности от их начальных масс и элементного состава. Предложено обоснование максимальных масс звезд диска.

Получены равновесные концентрации химических частиц в газовой смеси на основе водорода и гелия (X= 0.70, Y=0.27, Z=0.03), где для моделирования атмосфер и поверхностных слоев субзвезд принимались по массе по одному проценту углерода, азота и кислорода. Полученные зависимости между параметрами субзвезд могут быть использованы для анализа всех населений, которые образовались на протяжении эволюции Вселенной.

Применение теоремы Фогта-Рессела позволило свести к одной системе астрофизические характеристики звезд: радиусы, спектральные классы и классы светимости, абсолютные звездные величины. Это существенно повысило полноту данных о массах, радиусах, металличностях, абсолютных величинах, спектральных классах и классах светимости ближайших звезд. Составлен сводный каталог ИК- источников, находящихся в радиусе 10 пк, отождествленный с 95 системами.

Плотность распределения металличностей близких к Солнцу звезд получена по новым данным. Уточнены плотности распределения абсолютных величин, масс и радиусов ближайших звезд по новым систематизированным данным, и вычислены по ним статистические характеристики.

Анализ наблюдательных данных о субзвездах позволил поставить и решить задачу о вычислении совместной функции масс звезд и субзвезд, как объектов, образующихся по общему механизму. Использование установленных связей между массами протозвезд и начальными массами звезд, позволило вычислить суммарный спектрмасс протозвезд предыдущего звездообразования.

Вычисленные астрофизические функции распределения с учетом местонахождения Солнца и его кинематических параметров движения применены для выявления статистических закономерностей в Местной звездной системе. Оценены возрасты отдельных звезд, субзвезд и звездных систем и по их общим особенностям пространственного движения выделены звездные кластеры. Анализ полученных звездно-субзвездных спектров масс для разных эпох звездообразования и диссипации звезд и субзвезд из скоплений за последние 60 млн. лет позволил провести оценки содержания субзвезд, темпов звездообразования и пополнения звезд и субзвезд за счет диссипации компонентов из звездных систем популяции поля пояса Гулда. Результаты моделирования эволюции субзвезд позволили провести верхнюю оценку возраста 48 поздних М- карликов, фотометрические спектры которых оценены в работе.

Ключевые слова: звездные системы, ближайшие звезды, функции распределения, статистические закономерности.

Zakhozhay V.A. Statistical regularities in stellar systems. - Manuscript.

A dissertation on competition of a scientific degree of doctor in physical and mathematical sciences on a specialty of01.03.02 - Astrophysics, Radioastronomy. - The V.N. Karazin Kharkiv National University, Kharkiv, 2007.

The dissertation is dedicated to solving the problem of searching statistical regularities in isolated stellar systems, including the neighborhood of the solar system.

The arrays of physical and kinematical data were investigated, as well as various characteristics of stellar systems and their components which are at the key phases of evolution. Relationships between the astrophysical parameters of stars and substars and their distribution functions were studied, as well as relationships between distribution functions of various characteristics of space bodies.

It was shown that the fragmentation process can be described statistically. General expression for the stellar-substellar mass spectrum is obtained, that is a function of the age of the stellar system. The obtained relationships betweenthe masses of basic space bodies make possible to trace changing of any stellar masses during their evolution. Spatial distribution of the nearest stellar systems is investigated, and stellar clusters is separated. Ages of some selected stars, substars, and stellar systems are estimated.

Key words: stellar systems, nearest stars, distribution functions, statistical regularities.

Размещено на Allbest.ru