<< 1. Введение | Оглавление | 3. Общие свойства моделей >>
2. Почему популяционный синтез необходим в астрофизике
Необходимость ПС для астрофизики по большей части связана с особенностями астрономии как науки. В ней нельзя провести прямой эксперимент над исследуемым объектом: эксперименты в астрономии заменяются наблюдениями. Практически любое наблюдение астрономического объекта является "мгновенным снимком" объекта с очень длинной эволюционной шкалой времени. Невозможно просто наблюдать за эволюцией отдельной звезды или галактики, эволюционные последовательности для подавляющего большинства объектов можно восстановить только путем моделирования.
Другая особенность астрономии - "мы ищем там, где светлее". Большинство объектов, которые мы видим на небе (как невооруженным глазом, так и с помощью любого инструмента), являются не типичными представителями своих популяций, а пекулярными (пекулярно-яркими объектами). Мы можем попробовать построить теорию, описывающую именно ту малую часть источников определенного типа, которую мы наблюдаем. Но "правильная" теория должна согласовываться и с существованием других, невидимых нам объектов. Таким образом мы приходим к необходимости изучения популяций объектов, а не только их отдельных, легко наблюдаемых представителей.
Важно заметить, что во многих случаях наблюдения индивидуальных объектов невозможны, т.к. мы получаем только интегральные характеристики их популяции (в качестве примера можно привести неразрешенные звезды в удаленных галактиках). В этом случае самый прямой способ достичь лучшего понимания свойств популяции - ее моделирование.
Третья особенность астрономии, о которой необходимо сказать, это очень высокая стоимость современных крупных астрономических инструментов (спутников, сетей телескопов и пр.). Их конструкцию надо корректировать под особенности решаемых задач еще на стадии конструкторской разработки. В частности, при создании нового более мощного и чувствительного инструмента хорошо бы знать, какие ранее не наблюдавшиеся типы источников могут быть обнаружены с его помощью. А это возможно сделать (конечно, частично) только на основе анализа всех имеющихся данных обо всех известных популяциях источников, потенциально излучающих в соответствующем диапазоне.
Выделим две основные цели моделирования методом ПС. Одной является проверка или определение некоторых параметров изучаемой популяции объектов (например, начальные периоды нейтронных звезд или их начальная функция масс) через сравнение реальных (наблюдаемых) и теоретических (смоделированных) популяций источников. Мы не можем напрямую получить начальные параметры распределений объектов или параметры их эволюции модельно-независимым образом. ПС является одним из немногих инструментов, позволяющих изучать неизвестные свойства астрономических объектов путем их моделирования. Если в результате подбора полного набора параметров нам удастся получить модель, хорошо описывающую наблюдения, то мы получаем количественное объяснение происхождения и эволюции исследуемого типа объектов.
Если довести ПС до абсолюта, то мы получим в компьютере искусственную Вселенную во всех деталях. И если все свойства реальной и искусственной Вселенной совпадут, то это будет означать, что нам удалось построить полную и самосогласованную физическую картину мироздания, которая удовлетворяет теории и всем экспериментам и наблюдениям.
Таким образом первый подход к использованию ПС сводится к тестированию параметров и объяснению явлений.
Вторая цель ПС - предсказание свойств пока еще не наблюдаемых источников (например, темпа слияния двойных сверхмассивных черных дыр, которые будет регистрировать LISA, или темп слияния двойных нейтронных звезд, которые будет наблюдать LIGO). Заметим, что в этом случае неопределенность предсказаний в основном определяется неопределенностью входных параметров модели. "The reliability of a population synthesis is as good as the input assumptions" [5]. Конечно, последующее сравнение предсказаний ПС с новыми наблюдениями, будет служить проверкой заложенных в ПС предположений и, возможно, потребует их изменения. Так что две цели оказываются взаимосязанными.
Теперь мы обсудим некоторые базовые свойства ПС, которые могут быть применены в различных случаях при моделировании.
<< 1. Введение | Оглавление | 3. Общие свойства моделей >>
