Введение к работе
Измерение космологических параметров является важнейшим направлением современной наблюдательной астрофизики. Об этом говорит возрастающий с каждым годом поток публикаций, в особенности в области радиоастрономии. Особое внимание уделяется параметрам плотности, расширения Хаббла и возрасту Вселенной. Существенным моментом в современных исследованиях является определение этих параметров методами, независимыми от космологических моделей.
Отметим, что возможность определения возраста (хронометрирования) звездных систем именно независимым методом была указана Сэндиджем (Sandage, 1997) среди основных достижений XX века. Две первые проблемы, которые Сэндидж привел в данном обзоре, связаны с этим свойством:
-
Звездное население как индикаторы возраста (1940-),
-
Звездная эволюция, дающая датировку возраста галактик (1950-). Одним из путей использования этой информации является определение
верхней границы возраста эллиптических галактик, содержащих относительно однородное звездное население. Этот факт позволяет исследовать их звездные системы фотометрическими методами. Отбор эллиптических галактик на достаточно больших красных смещениях (z > 0.5) значительно упрощается, если учесть, что гигантские эллиптические галактики, находящиеся в центрах скоплений и протоскоплений, являются сравнительно мощными радиоисточниками.
В современной литературе описывается большой набор космологических тестов, связанных со свойствами радиогалактик и позволяющих оценивать космологические параметры по наблюдаемым физическим характеристикам объектов. Опираясь на современные модели эволюции звездных систем, мы можем применить идею независимого хронометрирования Вселенной и определения космологической постоянной Л при исследованиях радиогалактик. С другой стороны, радиогалактики, отождествляемые с гигантскими эллиптическими галактиками, позволяют проследить эволюцию звездного населения и скоплений галактик на больших красных смещениях, помочь в поиске гравитационных линз.
Исследование радиогалактик — это одно из основных направлений в области радиоастрономии, дающих вклад в наблюдательную радиокосмологию. Еще в 70-х годах прошлого века Лонгейер (Longair, 1978) выделил три основных направления, в которых радионаблюдения дают существенный вклад в космологию: исследование фонового излучения на метровых и миллиметровых волнах, исследование свойств межгалактического газа и
пространственного распределения и космологической ;>віщюции-&негалаіЬу
! «пая!
тических радиоисточников, в том числе радиогалактик. В настоящее время радиокосмология занимается исследованиями как в области радиоисточников и их статистических свойств, так и в области микроволнового фонового излучения.
В Специальной астрофизической обсерватории работа по исследованию радиогалактик проводится в рамках проекта "Большое Трио" ([12], Госс и др., 1992), объединяющего исследования на трех телескопах: РАТАН-600 как поисковом инструменте, а также для получения информации о спектрах радиоисточников, VLA (Very Large Array) — как лучшей системе синтеза радиоизображений, а на 6-м телескопе САО РАН — для глубоких оптических отождествлений и спектроскопии. По данным проекта "Большое Трио" в результате фотометрического определения возраста получено независимое подтверждение существования границы по красным смещениям для популяции мощных радиогалактик. Проведены первая независимая оценка Л-члена по оценке возраста родительских галактик (Parijskij, 2001), а также первые попытки восстановления уравнения состояния Вселенной модельно-независимым способом по распределению "возраст — красное смещение".
Краеугольным камнем в области наблюдательной радиокосмологии является тщательный анализ данных. Он включает обработку первичных массивов информации, чистку данных от шумовых компонент и разделение составляющих сигнала, селекцию по морфологическим свойствам, а также моделирование с целью определения соответствия космологических параметров наблюдаемым характеристикам объектов. Развитие теории происходит одновременно с развитием методов обработки и приближает эпоху прямого измерения космологических параметров, что позволяет говорить о появлении "точной космологии" по выражению М.Лонгейера в 2000 г. в Манчестере. Развитие программного и алгоритмического обеспечения как для первичной обработки данных, так и для последующего анализа, как для поиска и определения характеристик дискретных источников, так и для анализа фоновых компонент, напрямую связано с современными методами наблюдательной космологии.
Эти методы определяют актуальность данной работы, которую можно выделить в следующие пункты:
-
Возрастающие объемы наблюдательной астрофизической информации требуют быстрой и надежной обработки данных. Для этого приходится разрабатывать и развивать новые алгоритмы и программное обеспечение.
-
Массовое исследование статистических свойств и отдельных радиоисточников, а также необходимость автоматизации процесса селекции объектов по их физическим характеристиками потребовало создание и организацию
системы структуирования данных для объединения неоднородных астрофизических каталогов.
-
Новая эра "точной космологии" привела к необходимости поиска новых и точных решений в задачах обработки первичных массивов данных, распределенных по всей небесной сфере.
-
Значительное уменьшение семейств космологических моделей в современную эпоху позволило проверить значения космологических параметров по дополнительным критериям (таким, как возраст звездных систем радио-галактик).
Анализ наблюдательных данных включает в себя решение целого ряда методических задач, содержащихся в технологической цепи получения качественного наблюдательного материала в области радиокосмологии.
Целями дапной работы являются:
-
Разработка алгоритмов чистки, обнаружения сигнала и оценки его параметров.
-
Создание программного обеспечения (гибкого пакета программ) для обработки континуальных наблюдательных данных РАТАН-600.
-
Моделирование карт реликтового излучения и спектра мощности РИ на высоких мультиполях > 2500.
-
Разработка методов построения базы данных астрофизических каталогов и системы управления с целью решения задач многоволновой кросс-идентификации источников и анализа континуальных радиоспектров объектов.
-
Исследование спектров радиоисточников и построение выборок объектов, кандидатов в далекие галактики.
-
Разработка базы данных синтетических спектров галактик и системы ее управления с целью получения оценок фотометрических красных смещений и возрастов звездных систем в задачах исследования радиогалактик.
-
Оценка возрастов звездных систем и космологических параметров. Решению приведенных задач и посвящена эта диссертация.
Структура диссертации
Представляемая автором работа излагается в следующей последовательности: построение алгоритмов, систем обработки и базы данных, подготовка выборок объектов, анализ фотометрических данных, исследование возраста радиогалактик и оценка космологических параметров. Проведенные исследования и результаты изложены и оформлены в виде центральных четырех глав, заключения и приложений. Перед приложениями приведен список литературы. Диссертация состоит из б глав, включая Введение и Заключение,
библиографии из 366 наименований, и 14 приложений. Содержит 381 страницу, 78 рисунков и 25 таблиц. Главы 2, 3, 4 и 5 начинаются с введения в проблему и завершаются выводами. Главы содержат описание разработанных методов и проведенных с их помощью астрофизических исследований.