Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес
оригинального документа
: http://sed.sao.ru/~vo/disser/autoref.html
Дата изменения: Wed Jul 15 13:01:10 2009 Дата индексирования: Mon Oct 1 20:39:02 2012 Кодировка: koi8-r Поисковые слова: р п р п р п р п р п р п п р п п р п п р п п р п п р п п р п п р п п р п п р п п р п |
gzipped PostScript версия здесь, 2005 г.
Официальные оппоненты: | доктор физико-математических наук, академик Варшалович Д.А. (Физ.-Тех. институт им. Иоффе РАН) |
доктор физико-математических наук Госачинский И.В. (САО РАН) |
|
доктор физико-математических наук, профессор Лукаш В.Н. (АКЦ ФИАН) |
|
Ведущая организация: | Астрономический институт СПбГУ |
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФИАН по вышеуказанному адресу, а также в библиотеке САО РАН по адресу 369167, Карачаево-Черкесия, пос. Нижний Архыз, Специальная Астрофизическая обсерватория РАН
Автореферат разослан 1 сентября 2005г.
Ученый секретарь доктор физ.-мат. наук Ковалев Ю.А.
Обратим внимание, что современная наблюдательная космология (Peebles, 1993) основывается на радиоастрономических методах и, в первую очередь, на получении космологических параметров по измерениям флуктуаций космического микроволнового фонового радиоизлучения. Угловой спектр мощности реликтового излучения (РИ) и статистические свойства его распределения на небесной сфере несут в себе наиболее детальную информацию о физических свойствах и космологических параметрах в момент формирования первых структур во Вселенной. Исследования реликтового излучения дают самую полную информацию как по количеству, так и по качеству данных измерений космологических параметров.
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 Λ 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.
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:
(A) звездное население как индикатор возраста (с 1940-х гг.),
(B) звездная эволюция, дающая датировку возраста галактик (с 1950-х гг.).
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.
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 эволюции внегалактических радиоисточников, в том числе радиогалактик. Сегодня радиокосмология занимается исследованиями как радиоисточников и их статистических свойств, так и микроволнового фонового излучения.
В Специальной астрофизической обсерватории работа по исследованию радиогалактик проводится в рамках проекта ``Большое Трио'' ([9], 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 Λ-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:
1.
Новая эра ``точной космологии'' привела к необходимости поиска
новых и точных решений в задачах обработки первичных массивов
данных, распределенных по всей небесной сфере.
2.
Статистические тесты исследования реликтового излучения
позволяют существенно ограничить сценарии эволюции Вселенной.
3.
Значительное уменьшение семейств космологических моделей в
современную эпоху позволило проверить значения космологических
параметров по дополнительным критериям (таким, как возраст
звездных систем радиогалактик).
4.
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.
5.
Возрастающие объемы наблюдательной астрофизической информации
требуют быстрой и надежной обработки данных. Для этого приходится
разрабатывать и развивать новые алгоритмы и программное обеспечение.
Анализ наблюдательных данных включает в себя решение целого ряда методических задач, содержащихся в технологической цепи получения качественного наблюдательного материала в области радиокосмологии.
Целью данной работы является:
1.
Проверка гипотезы Гауссовости наблюдательного сигнала реликтового
излучения.
2.
Создание методов и пакета обработки реликтового излучения на полной
небесной сфере.
3.
Создание программного обеспечения (гибкого пакета программ)
для анализа континуальных наблюдательных данных радиотелескопа
РАТАН-600.
4.
Разработка и реализация принципов построения
базы данных астрофизических
каталогов и системы ее управления для решения задач
многоволновой кросс-идентификации источников и анализа континуальных
радиоспектров объектов.
5.
Исследование спектров радиоисточников и построение
различных выборок объектов,
кандидатов в далекие галактики.
6.
Разработка базы данных синтетических спектров галактик и системы
ее управления для получения оценок фотометрических красных
смещений и возрастов звездных систем в задачах исследования
радиогалактик.
7.
Оценка возрастов звездных систем и космологических параметров.
Результаты, выносимые на защиту.
1.
Обнаружение негауссовости данных наблюдений реликтового излучения.
2.
Методы фазового анализа и их применение в разделении компонент карт
реликтового излучения.
3.
Новые методы пикселизации карт неба и их применение при вычислении
разложения по сферическим гармоникам.
4.
Новые оценки космологических параметров на основе возрастов
радиогалактик FRII.
5.
Новые каталоги радиогалактик с крутыми радиоспектрами.
6.
Новые методы построения астрофизических баз данных и их реализация
при разработке баз данных
CATS и
SEDs САО РАН.
7.
Результаты разработки систем обработки FADPS континуальных
радиоастрономических данных
и фоновых излучений на небесной сфере.
Новизна работы.
В работе получены следующие основные новые результаты:
1.
Обнаружена негауссовость в данных наблюдений реликтового излучения.
Проверена Гауссовость карт реликтового излучения на полной сфере,
построенных
по данным спутника
WMAP.
На основании гипотезы о случайных фазах определена значимая
негауссовость сигнала.
С помощью фазового метода сигнал был разделен
по различным диапазонам мультиполей
и исследована их статистика.
2.
Развиты и применены методы фазового анализа, с использованием которых
микроволновое излучение неба разделено на два компонента:
реликтовое и мешающее фоновое излучения неба.
Предложена новая методика исследования статистических свойств сигнала
для полос K-W эксперимента WMAP.
Используя корреляционные свойства фаз гармоник в различных
каналах и факт, что РИ во всех каналах одинаковое, можно
выделить этот сигнал, используя минимизацию невязок фаз.
Предлагаемый метод не требует предварительного
удаления областей излучения Галактики.
Показано наличие значимых корреляций между фазами
выделенного сигнала и фоновых компонент, особенно для
канала W.
Такие корреляции могут быть индикатором возможной негауссовости,
обусловленной методиками разделения компонент.
3.
Разработаны
новые методы пикселизации карт неба и применены при вычислении разложения
сигнала по сферическим гармоникам.
Предложен новый подход в пикселизации карт неба, ориентированный
прежде всего на точность вычисления сферических гармоник
при интегрировании
по полярному углу θ с использованием квадратуры Гаусса.
Для этого используются нули полиномов Лежандра
в качестве центров пикселов в направлении
полярного угла. На основании предложенной сетки
вводится новая пикселизация неба -
GLESP.
Для данной пикселизации неба разработано новое программное обеспечение
в рамках системы обработки данных FADPS с относительной точностью
генерирования карты и разложения по сферическим функциям до
10-8.
4.
Получены
новые оценки космологических параметров из анализа возрастов
радиогалактик FRII.
Для объединенных данных из разных популяций эллиптических галактик,
в том числе и для радиогалактик
RC-каталога, проведен анализ верхней границы возраста
формирования звездных систем. По этим данным оценены границы определения
космологических параметров
H0 и Λ-члена, как
H0=71.5±10,
&OmegaΛ=0.8±0.1 в модели GISSEL и
H0=53.0±10,
&OmegaΛ=0.8±0.1 в модели PEGASE.
Кроме того, при исследовании радиогалактик показано, что фотометрические
красные смещения
для мощных радиогалактик дают удовлетворительное
согласие со спектральными (ошибка 10-20%, с небольшим
процентом крупных ошибок);
ограниченный набор близко расположенных фильтров, как
в нашем BVRI случае, также может дать удовлетворительные
результаты даже для больших красных смещений;
цветовые данные, как правило, не противоречат звездным
величинам в фильтре R, если R<22.5m.
Показано, что практически всегда можно указать нижнюю границу
возраста галактик и, следовательно, минимальное z
их формирования.
5.
С использованием разработанных системы FADPS и базы данных CATS,
по результатам анализа трех обзоров неба
(обзора 1995г. на РАТАН-600 в см-диапазоне,
декаметрового обзора на УТР и
обзора IRAS в ИК-диапазоне)
отождествлены более 2000 декаметровых источников и
построены
новые каталоги радиогалактик, включающие новую выборку объектов
с крутыми радиоспектрами.
В построенных системах астрофизическиого анализа исследована
область обзора 1995г. на Северном секторе
РАТАН-600. Объекты изучались в наблюдательных программах САО
и базе данных CATS.
Проведены отождествления с цифровым обзором неба
DSS2
(http://stdatu.stsci.edu/dss/) и
классификация по морфологии
и радиоспектрам.
Исследование объектов продемонстрировало успешность и простоту
выбранного подхода анализа данных.
С помощью внутренней кросс-идентификации каталогов различных
диапазонов длин волн (а именно, ИК каталогов IRAS и Техасского
низкочастотного радиокаталога) были получены списки объектов для
дополнительных исследований в радио и оптическом диапазонах.
Для отобранных объектов на РАТАН-600 были проведены наблюдения для
уточнения континуальных радиоспектров, и для некоторых объектов были
сняты оптические спектры на спектрографе
2.1м телескопа обсерватории им. Гуиллермо Харо в Кананеа.
Среди объектов, являющихся кандидатами на отождествление,
были обнаружены QSO,
взаимодействующие галактики, инфракрасная галактика, 2 галактики
с эмиссионными линиями, кандидат в объект типа BL Lac.
Результаты отождествлений показали, что примерно треть объектов из
предложенной подвыборки являются взаимодействующими галактиками.
В рамках проекта CATS
были проведены исследования по
отождествлению декаметровых (12-25 МГц)
УТР радиоисточников, имеющих большие (до 40') боксы ошибок.
Кроме точных
координат более, чем для 2000 объектов, были получены списки
источников с ультракрутыми радиоспектрами, представляющими независимый
интерес при исследовании далеких радиогалактик. Для ряда объектов были
найдены оптические, инфракрасные и рентгеновские отождествления.
Обнаружено, что медианная величина размера источника для объектов
с крутыми спектрами (α<-0.9)
уменьшается с уменьшением спектрального индекса α,
но остается в пределах 10÷30''.
6.
Разработаны система обработки FADPS континуальных
радиоастрономических данных и
программное обеспечение для анализа
фоновых излучений на небесной сфере
GLESP.
Научная и практическая ценность.
Достоверность полученных результатов подтверждается следующим:
1)
в области создания алгоритмов и системы обработки FADPS -
многолетней (свыше 15 лет) эксплуатацией системы в САО РАН
и воспроизводством
результатов при повторной обработке данных;
2)
при создании базы данных CATS
- полнотой выбираемых источников
при автоматическом поиске; эффективность идеологии построения -
скоростью работы и простотой включения новых каталогов с сохранением
авторского формата;
3)
при создании системы ``Эволюция
радиогалактик'' (базы данных SEDs)
- надежностью вычислительных процедур, протестированных для
списка известных радиогалактик;
4)
при введении новой пикселизации неба - воспроизводством моделированных
карт и соответствующих разложений по сферическим гармоникам во
всех возможных тестах с относительной точностью до 10-8;
5)
обнаружение негауссовости данных реликтового излучения -
другими группами, использующими другие методы;
6)
основные результаты работы опубликованы в рецензируемых журналах и
прошли апробацию на российских и международных конференциях
по теме данной работы.
Кроме того, результаты были доложены на конференциях молодых европейских радиоастрономов (YERAC): 23-ей в Гуадалахаре (Испания, 1990) и 24-ой в Гетеборге (Швеция, 1991), на Всесоюзных радиоастрономических конференциях: 19-ой в Таллине (1987), 22-ой в Ереване (1990), 23-ей в Ашхабаде (1991), Радиоастрономических конференциях: 25-ой в Пущино (1993), 26-ой и 27-ой в С.-Петербурге (ИПА РАН, 1995 и 1997), Юбилейном семинаре, посвященном памяти Гамова, в Физ.-Тех. Институте РАН в Петербурге (1994), на международном рабочем совещании ``Базы данных и информационные системы'' в Московском Инженерном Физическом Институте (1996), на первом Восточно-Европейском Симпозиуме ``Advances in Databases and Information Systems (ADBIS'97)'' (``Успехи в Базах Данных и Информационных Системах'') в С.-Петербургском Государственном университете (1997), на конференции ``Astronomical Data Analysis Software and Systems VI'' (``Программное обеспечение и системы анализа астрономических данных'') в Шарлотсвилле (США, 1996), на рабочем совещании ``Observational Cosmology with the New Radio Surveys'' (``Наблюдательная Космология с Новыми Радиообзорами'') в Тенерифе (Испания, 1997), на рабочих совещаниях ``Актуальные проблемы внегалактической астрономии'': 25-ом, 27-ом, 29-ом, 30-ом и 31-ом в Пущино (1998, 2000, 2002, 2003, 2004), совместных конференциях Европейского и Национального Астрономических обществ (JENAM) в Праге (1998), Москве (2000), Мюнхене (2001), на Всероссийской конференции ``Астрофизика на рубеже веков'' в Пущино (1999), на международной конференции памяти Гамова в С.-Петербурге (СПбГУ, 1999), на международных совещаниях ``Computer Science and Information Technologies (CSIT)'' по информационным технологиям в Уфе (2000 и 2001), на Всероссийских астрономических конференциях в С.-Петербурге (АИ СПбГУ, 2001) и Москве (МГУ, 2004), Симпозиуме МАС No199 ``The Universe at Low Radio Frequencies'' (``Вселенная на низких радиочастотах'') в Пуне (Индия, 1999), Коллоквиуме МАС ``AGN Surveys'' (``Обзоры Активных Галактических Ядер'') в Бюракане (Армения, 2001), заседаниях Международного Консорциума ''Planck'' (Париж, 2004; Гаршинг, 2005), а также заседании Датского Физического общества в Нюборге (Дания, 2003).
Диссертация состоит из 6 глав, включая Введение и Заключение, библиографию из 385 наименований и 14 приложений. Содержит 323 страницы, включая 80 рисунков и 18 таблиц на 77 страницах, библиографию на 32 страницах и Приложения на 29 страницах. Главы 2, 3, 4 и 5 начинаются с введения в проблему и завершаются выводами.
РИ содержит информацию о наиболее полном наборе космологических параметров, определяемых по спектру мощности (Насельский и др., 2003). По форме спектра удается установить механизмы возмущений и значения параметров на раннем этапе эволюции Вселенной, определяющих уровень флуктуаций микроволнового фона на различных пространственных масштабах. Спектр мощности РИ строится путем разложения карт флуктуаций фонового излучения по сферическим гармоникам и интегрирования амплитуд на заданных пространственных частотах, а поведение спектра (положение и амплитуды пиков) позволяет определять космологические параметры в рамках используемых гипотез эволюции Вселенной.
Другой набор радиоастрономических тестов связан с исследованием радиогалактик (РГ) и включает построение соотношения ``К-величина - красное смещение'', селекцию и поиск далеких РГ (в частности, по спектральному индексу α (S~να) (Dagkesamanskii, 1970; Blumenthal, Miley, 1979)), построение зависимостей, связанных с наблюдаемым размером РГ, поиск гравитационных линз, оценку возраста звездных систе