Ученые РФ создали метод быстрого и точного анализа спектров в «звездных яслях»
Авторы исследования всего за несколько минут отождествили сотни линий десятков молекул в спектрах.
Источник: Схематичное изображение окружения горячего ядра (не в масштабе), которое показывает разделение на слои с разными температурами. В каждом из слоев возбуждаются определенные молекулы. Источник: Анастасия Фарафонтова
Российские ученые из Института астрономии РАН (Москва) совместно с сотрудниками Уральского федерального университета имени первого Президента России Б. Н. Ельцина (Екатеринбург) создали метод быстрого и точного анализа спектров областей звездообразования с помощью программы, которая автоматически распознает молекулярные линии в областях раннего звездообразования, сообщает пресс-служба Российского научного фонда (РНФ).
«Благодаря новому инструменту обработка данных, занимавшая недели ручного анализа, может выполняться за считанные минуты, что позволяет быстрее изучать химический состав и физическую структуру протозвезд», - говорится в сообщении.
Программный продукт получил название MOLLId. Спектр, полученный из наблюдений, обрабатывается в MOLLId таким образом, что каждая спектральная линия в нем приближается гауссовым профилем для того, чтобы определить ее ширину, интенсивность и центральную частоту. Затем по центральным частотам для каждой спектральной линии, программа MOLLId ищет молекулу-кандидата по спектроскопическим базам данных.
Используя специальные критерии, оценивается вероятность того, что та или иная молекула-кандидат вызывает появление линии. В результате ученые получают таблицу с частотами линий, названиями молекул и приступают к научному анализу — определению температуры межзвездного газа и содержания молекул.
Тестирование системы
Разработанный пакет MOLLId был протестирован на спектрах высокого разрешения, полученных на 12-метровом радиотелескопе APEX (Чили) в направлении на две протозвезды RCW 120 S1 и S2. Авторы исследования всего за несколько минут отождествили сотни линий десятков молекул в спектрах.
В протозвезды RCW 120 S2, масса которой 27 солнечных масс, ученые отождествили 407 линий, принадлежащих 79 различным молекулам. Они выявили широкое разнообразие молекул: от простых двухатомных молекул до сложных органических молекул с числом атомов до девяти. Последние широко используются людьми в хозяйстве. Например, диметиловый эфир (CH₃OCH₃) — это растворитель и экологически чистое топливо для газовой сварки. Наиболее распространенной молекулой среди всех оказалась молекула метанола (CH₃OH), которая очень часто встречается в областях звездообразования. На Земле же этот простейший спирт широко применяется в промышленности, а для человека токсичен и вызывает слепоту.
В спектре протозвезды S2 научная группа впервые обнаружила и проанализировала высокоэнергетичные переходы молекул метанола и метилацетилена (CH₃CN). Ученые оценили температуру вблизи протозвезды, которая в «горячем ядре» оказалась равной 100–200 K, что соответствует минус 170–минус 70 градусов Цельсия в шкале температур, привычной на Земле. Горячее ядро (которое по Земным меркам совсем не горячее) окружено холодной оболочкой с температурой около 30–40 K (то есть около минус 230 по Цельсию).
В спектре протозвезды RCW 120 S1 было найдено около 100 линий 40 различных молекул. Общее количество молекул, их разнообразие и интенсивность линий в S1 оказалось существенно меньше, чем в S2. Возможно, это связано с меньшей массой протозвезды или с более ранней стадией эволюции, меньшей температурой и, следовательно, более слабым прогревом мантий пылевых частиц.
«Благодаря новому инструменту обработка данных, занимавшая недели ручного анализа, может выполняться за считанные минуты, что позволяет быстрее изучать химический состав и физическую структуру протозвезд», - говорится в сообщении.
Программный продукт получил название MOLLId. Спектр, полученный из наблюдений, обрабатывается в MOLLId таким образом, что каждая спектральная линия в нем приближается гауссовым профилем для того, чтобы определить ее ширину, интенсивность и центральную частоту. Затем по центральным частотам для каждой спектральной линии, программа MOLLId ищет молекулу-кандидата по спектроскопическим базам данных.
Используя специальные критерии, оценивается вероятность того, что та или иная молекула-кандидат вызывает появление линии. В результате ученые получают таблицу с частотами линий, названиями молекул и приступают к научному анализу — определению температуры межзвездного газа и содержания молекул.
Тестирование системы
Разработанный пакет MOLLId был протестирован на спектрах высокого разрешения, полученных на 12-метровом радиотелескопе APEX (Чили) в направлении на две протозвезды RCW 120 S1 и S2. Авторы исследования всего за несколько минут отождествили сотни линий десятков молекул в спектрах.
В протозвезды RCW 120 S2, масса которой 27 солнечных масс, ученые отождествили 407 линий, принадлежащих 79 различным молекулам. Они выявили широкое разнообразие молекул: от простых двухатомных молекул до сложных органических молекул с числом атомов до девяти. Последние широко используются людьми в хозяйстве. Например, диметиловый эфир (CH₃OCH₃) — это растворитель и экологически чистое топливо для газовой сварки. Наиболее распространенной молекулой среди всех оказалась молекула метанола (CH₃OH), которая очень часто встречается в областях звездообразования. На Земле же этот простейший спирт широко применяется в промышленности, а для человека токсичен и вызывает слепоту.
В спектре протозвезды S2 научная группа впервые обнаружила и проанализировала высокоэнергетичные переходы молекул метанола и метилацетилена (CH₃CN). Ученые оценили температуру вблизи протозвезды, которая в «горячем ядре» оказалась равной 100–200 K, что соответствует минус 170–минус 70 градусов Цельсия в шкале температур, привычной на Земле. Горячее ядро (которое по Земным меркам совсем не горячее) окружено холодной оболочкой с температурой около 30–40 K (то есть около минус 230 по Цельсию).
В спектре протозвезды RCW 120 S1 было найдено около 100 линий 40 различных молекул. Общее количество молекул, их разнообразие и интенсивность линий в S1 оказалось существенно меньше, чем в S2. Возможно, это связано с меньшей массой протозвезды или с более ранней стадией эволюции, меньшей температурой и, следовательно, более слабым прогревом мантий пылевых частиц.
