Методы и результаты наблюдательной радиокосмологии тема автореферата и диссертации по астрономии, 01.03.02 ВАК РФ



РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК СПЕЦИАЛЬНАЯ АСТРОФИЗИЧЕСКАЯ ОБСЕРВАТОРИЯ

(

На правах рукописи

УДК 529.52;523.10;523.21¡523.27;520.15;520.5-8

Верходанов Олег Васильевич

МЕТОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ НАБЛЮДАТЕЛЬНОЙ РАДИОКОСМОЛОГИИ

(01.03.02 - астрофизика и радиоастрономия)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Нижний Архыз - 2005

Работа выполнена в Специальной Астрофизической Обсерватории Российской Академии Наук

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

академик Варшалович Д.А. (Физ.-Тех. институт им. Иоффе)

Ведущая организация: Астрономический институт СПбГУ

Защита состоится 17 октября 2005 г. в 15 часов на заседании Диссертационного совета Д 002.023.01 Физического института им.П.Н.Лебедева Российской Академии наук по адресу 119991, Москва, Ленинский проспект, д.53.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФИАН по вышеуказанному адресу, а также в библиотеке CAO РАН по адресу 369167, Карачаево-Черкесия, пос. Нижний Архыз, Специальная Астрофизическая обсерватория РАН

доктор физико-математических наук Госачинский И.В. (CAO РАН)

доктор физико-математических наук Лукаш В.Н. (АКЦ ФИАН)

Автореферат разослан 1 сентября 2005 г.

Ученый секретарь доктор физ.-мат. наук

Ковалев Ю.А.

¿gogzL

tJfW

Общая характеристика работы

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. В данной работе рассматриваются два направления радиокосмологии, связанные с исследованиями радиогалактик (а именно, возрастом) и реликтового излучения.

Обратим внимание, что современная наблюдательная космология (Peebles, 1993) основывается на радиоастрономических методах и, в первую очередь, на получении космологических параметров по измерениям флук-туаций 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 А 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

-ч.

библиотека О» М^аак^О

их звездные системы фотометрическими методами. Отбор эллиптических галактик на достаточно больших красных смещениях (г > 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 б-м телескопе CAO 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 А-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. Лоигейера в 2000 г. в Манчестере. Развитие программного и алгоритмического обеспечения как для первично^обра^ютки данных, так и для последующего анализа, как

г ' '

* * i ч>* ; г#4

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 CAO 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 гар-

моникам.

Предложен новый подход в пикселизации карт неба, ориентированный прежде всего на точность вычисления сферических гармоник при интегрировании по полярному углу в 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 Но и Л-члена, как Н0 = 71.5 ± 10, Пл = 0.8 ± 0.1 в модели GISSEL и Н0 = 53.0 ± 10, ПА = 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 < 22.5т. Показано, что практически всегда можно указать нижнюю границу возраста галактик и, следовательно, минимальное г их формирования.

5. С использованием разработанных системы FADPS и базы данных CATS, по результатам анализа трех обзоров неба (обзора 1995 г. на РАТАН600 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 1995 г. на Северном секторе РАТАН-600. Объекты изучались в наблюдательных программах CAO 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 (а < —0.9) уменьшается с уменьшением спектрального индекса а, но остается в пределах 10-г30". 6. Разработаны система обработки FADPS континуальных радиоастрономических данных и программное обеспечение для анализа фоновых излучений на небесной сфере GLESP.

• Выработаны принципы построения гибкой системы обработки векторов данных, позволяющие свободно включать новые алгоритмы в модули системы обработки. Система реализована таким образом, чтобы пользователь мог настраивать ее и создавать в ней собственные пакеты, выполняя процедуры в рамках операционной системы. FADPS позволяет погружать модули системы в графическую среду, предоставляя пользователю интерактивный интерфейс Этот подход реализован в графических интерактивных оболочках: fgr — для работы с одномерными векторами наблюдательных данных и spg - для работы с континуальными спектрами радиоисточников. FADPS взаимодействует с базой данных астрофизических каталогов CATS.

• Для пикселизации неба GLESP разработано новое программное обеспечение в рамках системы обработки данных FADPS. Утилиты пакета позволяют моделировать карту по заданному спектру мощности Се или коэффици-

ентам aim, вычислять а^-коэффициенты для данной карты, генерировать а(т для заданного спектра мощности Cg, сравнивать наборы а<т, моделировать стандартные аналитические шаблоны карт, вырезать и выводить одномерные и двумерные области карты, поворачивать карту на сфере и выполнять другие операции.

7. Разработаны новые методы и принципы построения астрофизических баз данных, реализованные в крупнейших в мире базах данных радиоастрономических каталогов CATS и спектров SEDs в диапазоне от УФ и ИК.

• Разработана простая и легко воспроизводимая идеология построения баз данных, в рамках которой реализован проект базы данных астрофизических каталогов CATS. Она имеет простую организацию, основанную на иерархической структуре хранения и описания данных и программ-функций, и не требует коммерческих продуктов СУБД. Она позволяет выполнять процедуры выборки и отождествления источников среди разнообразных списков объектов. Имеются широкие возможности доступа, причем наиболее часто используемые поддерживаются протоколами FTP, SMTP и HTTP. Решены проблемы каталогизации и кросс-отождествления больших списков астрофизических объектов. Для астрофизических исследований БД предоставляет не только точные положения радиоисточников и характеристики континуальных радиоспектров, но также возможность исследовать статистические свойства объектов.

• Создана система "Эволюция радиогалактик" (база данных SEDs) с использованием разработанных принципов хранения астрофизических данных. Она позволяет оценивать красные смещения и возрасты галактик по наблюдательным фотометрическим данным путем оптимального выбора в базе данных эволюционных моделей спектров и типов галактик с помощью построения трехмерной функции правдоподобия. При работе система моделирует наблюдательные характеристики с учетом формы кривой пропускания фильтров, что позволяет более точно оценивать потоки и К-поправки.

Научная и практическая ценность.

• Созданы новые алгоритмы обработки и новое программное обеспечения для анализа радиоастрономических данных. Разработаны и применены новые алгоритмы построения баз данных, а сами БД по описанным направлениям исследований были созданы впервые в мире. Впервые предложена и введена оптимальная схема пикселизации карты неба GLESP, дающая ортогональное разложение по сферическим гармоникам, с сопровождающим математическим обеспечением. Представленные в диссертации оптические и радиоотождествления были выполнены впервые. Впервые использованы

методы оценки космологических параметров по фотометрическим данным возрастов радиогалактик типа FRII. Обнаружена негауссовость наблюдательных карт реликтового излучения.

• Астрономическое сообщество широко использует созданные методы и программы, описанные в диссертации. Открытость и доступность программного обеспечения позволяют легко применять его в любых приложениях и на любых процессорах, поддерживаемых семейством ОС Unix. Новый пакет моделирования и обработки данных реликтового излучения может быть использован при разделении компонент и "чистке" микроволнового фонового излучения в космических миссиях NASAWMAPhESA Plank. Модернизированная и ориентированная на Web-технологию база данных CATS широко используется в России и за рубежом. Статистика показывает, что обрабатываются около 10000 обращений в месяц, а из анализа ссылок на CATS более, чем в 50-ти публикациях, следует, что CATS существенно помогает астрономам при обработке астрофизических наблюдений. Сейчас в CATS собраны свыше 400 астрофизических каталогов, включая все самые крупные радиокаталоги. Общий объем базы данных CATS составляет более 53 Гб.

• В результате радиоотождествлений источников с учетом декаметровых длин волн увеличены количественно выборки объектов с ультракрутыми спектрами. Модельно- независимым образом оценены значения космологических параметров по возрастам далеких звездных систем. Обнаружение негауссовости данных реликтового излучения на полной сфере поставило новые задачи анализа данных перед экспериментаторами и теоретиками. Достоверность полученных результатов подтверждается следующим:

1) в области создания алгоритмов и системы обработки FADPS - многолетней (свыше 15 лет) эксплуатацией системы в С АО 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;

б) основные результаты работы опубликованы в рецензируемых журналах и прошли апробацию на российских и международных конференциях по теме данной работы.

Апробация

Результаты, содержащиеся в диссертационной работе, неоднократно докладывались на радиоастрономическом и общем семинарах CAO РАН, конкурсах-конференциях CAO РАН, а также семинарах Астрономического Отдела Дрезденского Технологического университета (1998), Института радиоастрофизики (Пуна, Индия, 1999), Исследовательской Лаборатории Электроники Массачусетского Технологического Института (Бостон, 1995), Института Астрофизики, Оптики и Электроники (INAOE, Тонацитла, Мексика, 1999), Астрономического Отдела Физического Факультета Университета Мехико (UNAM, 1999), Астрономического Отдела Университета Гуанахуа-то (Мексика, 1999), Центра Теоретической Астрофизики (Копенгаген, 2002, 2003), рабочих совещаниях в Дании по космической миссии "Планк" (2002, 2003), семинаре РФФИ "Базы данных и информационные системы в радиоастрономии" (Пущино, 1995), семинаре АИ СПбГУ (2004).

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 Пущи-но (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 MAC No 199 'The Universe at Low Radio Frequencies" ("Вселенная на низких радиочастотах") в Пуне (Индия, 1999), Коллоквиуме MAC "AGN Survcys" ("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).

Структура диссертации

Работа излагается в следующей последовательности: построение систем обработки и базы данных, подготовка выборок объектов, анализ фотометрических данных, исследование возраста радиогалактик и оценка космологических параметров, исследование реликтового излучения. Выполненные исследования и полученные результаты изложены и оформлены в виде центральных четырех глав, заключения и приложений. Перед приложениями приведен список литературы. 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.

Содержание диссертации. Глава 1. Введение

Введение состоит из трех частей. В первой части введения дается обзор проблем в области наблюдательной космологии, решаемых радиоастрономическими методами. Рассматриваются тесты, связанные с определением космологических параметров и ориентированные преимущественно на исследования реликтового излучения (РИ) и радиогалактик.

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 "K-величина — красное смещение", селекцию и поиск далеких РГ (в частности, по спектральному индексу а (S ос v") (Dagkesamanskii, 1970; Blumenthal, Miley, 1979)), построение зависимостей, связанных с наблюдаемым размером РГ, поиск гравитационных линз, оценку возраста звездных систем РГ.

С оценками возраста и параметров плотности связаны и исследования радиогалактик обзора "Холод" (Парийский, Корольков, 1986) в программе "Большое Трио". В данной программе можно выделить несколько этапов ([5,6,9])\ включающих следующие задачи:

• селекцию радиоисточников по спектральному индексу (т.е. отбор объектов со спектральным индексом а < —0.9, S ос va) с использованием данных каталога "Холод", дополнительных многочастотных наблюдений на РАТАН-600 и данных каталога Техасского обзора (Douglas et al., 1996);

• селекцию источников по соотношению светимостей РГ в оптическом и радиодиапазонах Lradlo < Lettes;

• выявление структуры радиоисточников по результатам наблюдений на VLA и отбор источников типа FR II;

• оптическое отождествление по Паломарскому Атласу и выбор объектов для исследования на БТА;

• оптическое отождествление на БТА и многоцветная (BVRI) фотометрия;

• спектроскопия отождествленных источников;

• исследования возраста звездного населения.

Последнему обозначенному этапу посвящена 4-я глава диссертации. Во второй части Введения кратко описываются существующие системы обработки данных, которые могут быть применены при решении приведенных проблем. К важным моментам в анализе радиоастрономической информации относятся использование алгоритмического обеспечения, включающего методику получения оценок наблюдаемых величин и измеряемых параметров, визуальный анализ данных для эмпирической или интуитивной проверки получаемых результатов, и, вообще, наличие программного обеспечения, позволяющего достаточно быстро, надежно получить конечный результат. Как правило, развитие этих направлений связывается с постановкой конкретной задачи. Так как каждый инструмент и каждая астро-

1 Здесь и далее ссылки через номера в скобках { .] относятся к основным публикациям по теме диссертации на стр. 29, а остальные ссылки — к цитируемой литературе на стр 33

физическая задача, решаемая на нем, имеют свою особенность, то требуется привлечение и создание дополнительных программно-алгоритмических ресурсов, а именно, новых подходов и разработок Часть задач наблюдательной радиокосмологии удается решить в рамках имеющегося программного обеспечения, для других задач необходима разработка новых подходов, требуемых повышенным уровнем точности, скорости вычислений, а также в силу новизны самих исследований. Среди достаточно широко используемых систем и пакетов stB области радиоастрономии выделяются несколько своей широтой, набором реализованных алгоритмов и уровнем предоставляемого сервиса. В частности, кратко описываются пакеты AIPS, Starlink, IDL, MIDAS и HEALPix. Дополнительным инструментарием при анализе наблюдательных данных являются базы данных (БД), содержащие информацию (координаты, интенсивности на различных длинах волн, распределения яркости, морфологическую классификацию) о внегалактических объектах. Рассматриваются три основные БД, исиользуемые в наших исследованиях: NED, Simbad и Sky View.

Задачи получения астрофизического результата можно объединить в технологическую цепочку, и некоторым из них посвящены главы данной работы. В третьей части Введения показана актуальность и поставлены цели данной работы.

Глава 2. Создание системы обработки данных FADPS и ее применение для анализа наблюдательных данных РАТАН—600

Первым этапом после завершения наблюдений в практической космологии является обработка полученной информации. Наряду с алгоритмами редукции данных радиоастрономических наблюдений, упрощающими чистку и выделение сигнала, необходимым элементом этой технологической цепочки является реализация процедур обработки на уровне, достаточном для объективного анализа данных. Этот уровень определяется дружелюбностью и конструкторскими возможностями системы обработки данных.

Созданию системы обработки данных широкополосных радиометров по-свягцсна Глава 2. В разделе 2.2) вводятся понятия модульного подхода и гибкости системы обработки данных (Flexible Astronomical Data Processing System — FADPS), заключенные в правилах создания самостоятельно исполняемых базовых процедур (модулей) и построенных на их основе сложных систем. Описываются правила разработки библиотек ввода-вывода, визуализации, алгоритмической части, и тестирование процедур. Третий раздел посвящен разработке самодокументируемого формата представления данных ([40]). В разделах 2.4 и 2.5 описывается подход к созданию

графических оболочек FADPS, позволяющих в интерактивном режиме проводить обработку и анализ данных наблюдений на радиометрах сплошного спектра РАТАН-600, а также исследовать континуальные радиоспектры источников, оценивать спектральные индексы и радиосветимости объектов. Интерактивные графические программы также реализованы с помощью модульного подхода.

В разделе 2.6 в рамках созданной системы проводится исследование объектов обзора 1995 г. на Северном секторе на РАТАН-600 [30]. Были сделаны три сечения неба с шагом 40"с положением центрального сечения /i=86°56'18"(5 = 46°53'11") и прямым восхождением 7А30т<а<15Л0т на эпоху 1995 г. Отождествление объектов проводилось с архивными данными, полученными на других телескопах. Для получения дополнительных данных в радиодиапазоне была проведена кросс-идентификация радиоисточников в базе данных CATS, а для оптических отождествлений использовались архивы АРМ и DSS. Вероятность правильного отождествления оценивалась по ошибкам измерения координат с учетом плотности фоновых объектов (de Ruiter et al., 1977) Часть объектов наблюдалась на VLA с высоким разрешением, и для двух объектов проведены наблюдения в R-полосе на 6 м телескопе CAO РАН. Исследование позволило выделить 12 интересных протяженных объектов для дальнейшего изучения, включая кандидата в гравитационную линзу (J110930.4 1465032), взаимодействующие галактики, несколько тесных двойных радиоисточников, рассматриваемых в ряде работ как кандидаты в гравитационные линзы (Fletcher, 1998).

Идеология FADPS и разработанные процедуры позволили реализовать дополнительные возможности в астрофизических и космологических исследованиях. В разделе 2.7 приводится пример построения в рамках идеологии FADPS и описание системы анализа данных реликтового излучения GLESP. Естественным образом развитие FADPS привело к созданию процедур анализа излучения, распределенного на небесной сфере. Процедуры основаны на разработанной автором библиотеке разбиения сферы па пикселы. Описанный в Пятой главе алгоритм пикселизации карты неба GLESP, был использован для построения пакета программ анализа реликтового излучения ([50,54]). В данном разделе описываются основные проблемы анализа данных РИ и процедуры пакета, реализованные в рамках выбранной пикселизационной схемы. Показана структура пакета и описаны основные тесты проведенных вычислений. Точность работы программ пакета легко проверяется для любого набора коэффициентов сцт при сферических гармониках путем построения карты и повторном вычислении этих коэффициентов. Продемонстрировано, что введенные значения ает восстанавлива-

ются с точностью ~ 10 8.

В разделе 2.8 собраны основные результаты и выводы этой главы.

Глава 3. Разработка базы данных астрофизических каталогов CATS и ее применение для построения и анализа выборок радиогалактик

Одним из этапов селекции радиогалактик является анализ континуальных радиоспектров и построение выборки объектов с крутыми спектрами (т.е. со спектральным индексом а<—0.75, S ~ //*). Для решения этой задачи было необходимо сформировать списки объектов по опубликованным данным и создать процедуры анализа спектров в FADPS. Естественным шагом в процессе выборки данных из различных опубликованных каталогов явилось построение базы данных используемых списков, выработка принципов каталогизации и создание процедур поиска по различным каталогам [13-15, 51]. Таким образом, создание базы данных радиоастрономических каталогов CATS (Astrophysical CATalogs Support System) стало закономерным этапом развития систем обработки, большого числа архивированных результатов наблюдений и появления данных на новых вступивших в строй телескопах с приемниками на дополнительных длинах волн. Острой необходимостью было построение и расширение континуальных спектров объектов в дополнение к точкам радиоспектра, измеряемым на РАТАН-600, не только при анализе механизмов энерговыделения, по и просто для более точных оценок измеряемых плотностей потоков калибровочных источников в процедуре привязки наблюдений к международной шкале потоков.

Во введении данной главы описываются предпосылки создания БД и основные направления развития коллекции данных, имеющих в основном радиоастрономическую специфику, обосновываются причины отказа от использования коммерческих СУБД, связанные с дешевизной и простой реализации данного подхода в открытых операционных системах. В разделе 3.2 описывается идеология построения радиоастрономической базы данных. Приводится схема решения проблемы размещения и описания каталогов, базы данных описаний и особенности реализации БД. Наличие стандартных полей с координатами объектов в астрофизических каталогах позволило решить проблему индексации и ускорить основные операции взаимодействия с БД в тысячи раз. В этом же разделе описываются решения проблемы быстрого включения каталогов в CATS на основе тонкой настройки системы описания записи поля и работы с одиночными объектами, не занесенными в списки.

В разделе 3.3 рассматриваются основные функции CATS, а именно:

• Сохранение данных разнообразных астрофизических каталогов.

• Предоставление краткого описания каждого каталога, а также полного списка каталогов, пересекающих заданную площадку неба.

• Выборка объектов из одного или нескольких каталогов в соответствии с заданными пользователем критериями: координатами, плотностями потоков и спектральными индексами и т.д.

• Кросс-идентификация различных каталогов; расчет спектральных индексов по выбранным частотам; оптическое, рентгеновское и инфракрасное отождествление радиоисточников.

• Построение континуальных радиоспектров, подготовка бумажных копий рисунков со спектрами.

• Перевод координат с эпохи на эпоху и вычисление видимых мест.

• Взаимодействие с другими системами.

В разделе 3.4 дано описание ввода и вывода, включая уровни доступа к каталогам и программам управления, и форматов вывода данных. Вывод информации в исполняемых процедурах поиска и отождествления представляется как в исходном авторском формате записи данных, так и в стандартном формате CATS, который является одним из входных в системе обработки данных FADPS, описываемой в предыдущей главе.

В разделе 3.5 проводятся исследования с использованием БД CATS списков кросс-идентификаций разнодиапазонньгх каталогов. Строятся выборки объектов с крутыми радиоспектрами, представляющие интерес в задачах поиска и исследования далеких РГ В разделе 3.5.1 показано, как средствами CATS решается задача отождествления декаметровых радиоисточников, имеющих большие боксы ошибок: 40' х40' cosec S и высокий процент блендирующих объектов. Были построены спектры и оценены верхние пределы границ плотностей потоков источников в декаметровой области В исследовании использовались исходные данные наиболее полного в Северном небе каталога УТР (Braude et al., 1978-1994) на частотах 10, 12.6, 14.7, 16.7, 20 и 25 МГц, содержащих информацию о 1822 источниках. С помощью БД CATS и системы FADPS в области ошибок была проведена чистка данных от мешающих радиоисточников, которая включала:

1) кросс-идентификацию в CATS;

2) выделение источников с несколькими частотами в спектре;

3) аппроксимацию каждого спектра, экстраполяцию до частот УТР;

4) выделение ближайших источников по спектрам и координатам;

5) уточнение координат по каталогам Texas, GB6, PMN;

6) кросс-идентификацию полученных списков с NVSS и FIRST.

В результате был получен каталог, содержащий 2316 деблендированных ис-

точников [29, 33, 39, 42]. Для объектов этого списка было проведено отождествление с оптическими каталогами в окне радиусом 10" и найдено 575 кандидатов на отождествление, с рентгеновскими каталогами в окне радиусом 90" — 146 кандидатов, среди объектов IRAS (60") — 39 кандидатов. По данным радиоотождествлений построены непрерывные радиоспектры, среди которых отобраны крутые со спектральным индексом а < —1.0 (S ~ va)\ всего 422 объекта, причем 102 из них — с а < —1.2, а 23 — со сложной структурой в FIRST. Эти объекты вошли в общие списки для поиска и исследования далеких радиогалактик (De Breuck et al., 2001). Для 536 NVSS источников и 256 FIRST источников обнаружено, что медианная величина размера источника для объектов с крутыми спектрами (а < —0.9) уменьшается с уменьшением спектрального индекса а, но остается в пределах 10 ч-30". Заметная корреляция "спектральный индекс - размер источника" не обнаружена.

В разделе 3.5.2 исследуются радиоизлучающие объекты инфракрасного (ИК) диапазона по данным кросс-отождествлений в БД CATS. Из списка, содержащего 715 объектов ([34]), полученных в результате кросс-идентификаций низкочастотного радио и ИК каталогов, были выделены две подвыборки для дальнейшего изучения: первая содержит источники с разностью координат в ИК и радиодиапазонах менее <3" и спектральные индексы а<—0.85, вторая - объекты, имеющие кандидаты на отождествление в DSS. Наблюдения на РАТАН-600 подтвердили наличие крутых спектров внутри отобранной подвыборки объектов, а наблюдения на 2.1м телескопе в Кананеа (Мексика) позволили отождествить QSO. взаимодействующие галактики, BL-Lac и галактики с эмиссиоиыми линиями [43, 52]. Треть объектов подвыборки — взаимодействующие галактики.

В разделе 3.6 содержатся основные результаты и выводы данной главы. К настоящему моменту CATS объединяет в рамках единой поисковой вычислительной системы свыше 400 астрофизических каталогов общем объемом 52 Гб (http : //cats. sao. ru) Создание БД CATS и алгоритмическое решение проблемы каталогизации позволили, в частности, решать задачи селекции радиоисточников по спектральному индексу и построения списков объектов, представляющих специальный интерес.

Глава 4. Исследование радиогалактик и оценка космологических параметров

В разделе 4.1 описываются особенности исследования РГ на основе фотометрических данных. Исследования связаны с обработкой списков объектов, оценкой возраста звездного населения и красных смещений с помощью

эволюционных моделей спектров, статистической обработкой полученных данных, по результатам которой можно оценить космологические параметры. Отмечается, что, несмотря на то, что в последнее время появились огромные объемы наблюдательного материала в оптическом и инфракрасном диапазонах, большая часть материала остается необработанной. Отбор данных по заданным критериям значительно упрощает селекцию объектов в рамках исследуемых задач. Одним из таких критериев при исследовании РГ является фотометрическое красное смещение.

Оценки красного смещения и возраста галактик могут быть получены по данным многоцветной фотометрии с помощью синтетических моделей спектров (SED: Spectral Energy Distribution) путем подгонки эволюционных моделей спектров под наблюдательные данные. Учитывая, что прямые измерения красного смещения спектроскопическими методами требуют чувствительности на две величины ниже, чем фотометрические наблюдения, косвенные оценки z являются мощным селекционным фактором при отборе кандидатов для спектроскопических наблюдений. В эксперименте "Большое Трио" ([9]) также применяется эта техника для поиска далеких объектов из RC—каталога с крутыми спектрами (SS). Фотометрические данные практически всей основной выборки SS объектов типа FR II из RC-списка были получены на 6-м телескопе CAO РАН. Оценки возрастов радиогалактик использовались в дальнейшем для проведения модельно независимых расчетов значения космологических параметров.

В разделе 4.2 описывается система "Эволюция радиогалактик" (http : //-sed.sao .ru) (база данных SEDs), которая создана для автоматизации процесса селекции кандидатов в далекие галактики [30, 37]. В основу создания системы положена идеология работы с крупными архивами данных, которая уже использовалась при создании базы данных CATS ([13]). Система является строго ориентированной на выполнение следующих задач:

• оценки возрастов звездных систем при фиксированном z;

• одновременные оценки как возраста, так и красного смещения г;

• архивирование оптических наблюдений радиогалактик RC-списка;

• вычисление поглощения в Галактике в заданных точках небесной сферы;

• обеспечение HTTP и e-mail доступа;

• локальная работа с SED для моделирования наблюдательного процесса.

Для оценок возрастов звездных систем и их красного смещения используются четыре модели распределений энергии в спектрах галактик: (1) PEGASE (Fioc, Rocca-Volmerange, 1996), (2) GISSEL'98 (Bruzual, Chariot, 1993; Bolzonella et al., 2000), (3) GALEV2 (Bicker et al., 2004), (4) Poggianti (1997) База данных синтетических спектров SEDs содержит записи спектров в

виде табулированных функций плотности потока от частоты, кривые пропускания фильтров, а также ссылочную базу данных. Для учета абсорбции используются карты Шлегеля и др. (Schlegel et al., 1998). Из общего набора кривых распределения энергии в спектрах галактик для разных возрастов выбираются те, при которых сумма квадратов невязок для данных наблюдений РГ получается минимальной. При расчете ищется максимум функции правдоподобия в трехмерном параметрическом пространстве (z, tage, S), где г - - красное смещение, tage — возраст звездной системы, S — плотность потока. Перед поиском решается задача имитирования процесса наблюдений в фильтре с помощью процедуры сглаживания синтетических спектров с учетом красного смещения.

Для проверки возможностей методики определения z и возраста звездного населения родительских галактик в разделе 4.3 исследуются известные РГ по их опубликованным фотометрическим данным. Для этой цели из списка более чем 300 объектов, полученных из базы данных NED (NASA Extragalactic Database), была отобрана 41 далекая радиогалактика с известными г > 1.0 с измеренными и опубликованными звездными величинами более, чем в трех фильтрах [25]. Остальные объекты либо имели мало фотометрических данных, либо проявляют себя как квазары.

Процедура оценки значений красного смещения и возраста включала 1) получение возраст родительских галактик из фотометрических данных по моделям PEGASE и Poggianti с фиксированным (известным) красным смещением; 2) выбор оптимальной модели для объекта и одновременная оценка красного смещения и возраста звездного населения; 3) сравнение полученных значений. В результате исследования было показано, что можно оценивать красные смещения РГ с точностью 10-20%, имея измеренные звездные величины более, чем в 3-х фильтрах. Измерения применимы для эволюционных моделей SED библиотеки PEGASE. Это делает возможным достаточно достоверные оценки красных смещений для данных многоцветной фотометрии, полученных на 6-м телескопе в программе "Большое Трио" по исследованию RC-объектов, даже если нет измерений в iC-фильтре. Были оценены возрасты и моменты более позднего энергичного звездообразования для РГ с 2 > 1. Звездное население большинства объектов этой выборки не слишком старое: медианное значение возраста, определяемое в модели PEGASE, составляет 1.5 млрд. лет. Нет ни одного объекта с возрастом более 7-12 млрд. лет. Ошибки определения параметров можно разделить на грубые, которые вызываются квазипериодической структурой SED, и случайные, которые обусловлены качеством наблюдательных данных. В ряде случаев простые оценки фотометрических красных смещений позволяют

отбросить неудачные расчеты.

В разделе 4.4 проводится исследование фотометрических данных радиогалактик обзора "Холод" с целью определения возраста РГ. В настоящее время на 6-м телескопе CAO РАН получены цветовые данные в четырех фильтрах (BVRI) примерно для 60 RC-объектов (радиогалактик и квазаров) нашей выборки (ответственный наблюдатель на БТА — А.И.Копылов; им же проведена фотометрическая обработка наблюдательных данных). По описанной методике для этих объектов были оценены z и возрасты звездных систем. Для радиогалактик типа FRII спектральное красное смещение практически совпало с цветовым [53]. Объекты, классифицированные по спектрам как квазары, могут иметь z, значительно отличающиеся от его фотометрических оценок. В данном разделе показано, что

• фотометрические 2 для мощных радиогалактик имеют 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;

• распределение по красным смещениям в нашей выборке для изученных объектов (подгруппа объектов ярче ттгд = 23.5т) показывает максимум вблизи z~ 1, т.е. в диапазоне максимальной радио активности Вселенной; группа объектов с большими цветовыми красными смещениями (z > 2.5—3) требует отдельного анализа.

• фотометрические данные, как правило, не противоречат оценкам по величине в фильтре R ([12]), если R < 22.5т. Поиск различий в морфологии, радиосветимости, спектральных индексах не дали окончательного результата. Отмечено, что объекты с самыми крутыми спектрами и с большим отношением радиосветимости к оптической светимости встречаются только в ветви с большими красными смещениями. Объекты с малой относительной радиосветимостью оказываются квазарами или близкими галактиками

• Возраст галактик определяется менее уверенно. Однако, практически всегда можно указать нижнюю границу возраста галактик и, следовательно, минимальное г их формирования. Этот возраст всегда больше стандартной оценки времени жизни радиоисточника.

В разделе 4.5 ироводится оценка космологических параметров: Щ, fim, Г2д- Для оценки этих параметров используется дифференциальный метод (Az/At) с датировкой по фотометрическим данным. Подобная методика определения возраста, ставшая уже стандартной, хотя и может дать ошибку возраста до 2 Глет, работает достаточно устойчиво для чистой выборки

эллиптических галактик Отметим, что выбор эллиптических галактик в качестве объектов для нашего исследования не случаен. Их можно рассматривать как наиболее оптимальные объекты среди звездных систем, имеющие достаточно однородное звездное население В данном исследовании также использованы РГ, которые, как правило, отождествляются с гигантскими эллиптическими галактиками (gE) и являются хорошими "фонарями" и представителями далеких звездных систем. Стандартная точка зрения мощные радиогалактики связаны со старыми крупными звездными системами типа gE, имеющими красный цвет. Опыт использования шаровых скоплений в нашей Галактике для оценки возраста Вселенной подсказывает, что поиск самых старых звездных систем на больших красных смещениях может быть полезным для хронометрирования темпов расширения Вселенной на любых расстояниях, на которых еще существовали мощные РГ. Как показали многие группы, включая проект "Большое Трио" ([31], другие группы: Rawlings et al., 1996; van Breugel et al., 1999), мощные радиогалактики появились на z~5 и весь интервал 0<z<5 потенциально может быть исследован уже сегодня, так как чувствительность радио и оптических телескопов достаточна для исследования этих мощных в радио и оптике объектов, а, в отличие от квазаров, излучение звездного населения может быть легко отделено от излучения газовой компоненты.

В окончательный список, содержащий 220 объектов, вошли три выборки галактик [45]: (1) радиогалактики из каталога "Холод", (2) известные радиогалактики с г > 1, (3) эллиптические галактики из скоплений галактик. Две первые выборки описаны в двух предыдущих разделах, третья выборка эллиптических галактик (предложена А.И. Копыловым) содержит данные из работы (Stanford et al., 2002), куда вошли галактики из списка 45 скоплений на красных смещениях 0.1<z<1.3. Для всех объектов третьей выборки имеются фотометрические данные из оптического и близкого с инфракрасного диапазона. В среднем для каждой галактики приводятся звездные величины в полосах BIJHK. Было отобрано по 5-7 объектов, типичных эллиптических галактик, из 27 скоплений.

Для нахождения космологических параметров, мы исследовали зависимость возраста звездных систем от красного смещения t(z), определяемого для двух моделей эволюции звездного населения эллиптических галактик, в виде

ОС

/йу

(l+2)ff(z)' H2{Z) = Я°2[а"(1 + 2)3 + + (1 ~ По)(1 + Z)2]■

Z

Подгонка функции t(z) иод анализируемые данные происходила с помощью

вариации подинтегральных параметров. Для аппроксимации данных мы разбивали весь набор красных смещений на равные интервалы с шагом Дz и в каждом из интервалов использовали максимальное значение возраста [44,49]. По сумме квадратов невязок строилась четырехпараметрическая функция правдоподобия.

В разделе 4.5.3 обсуждается влияние ошибок на оценки параметров Как показало моделирование (Jimenez к Loeb, 2002), изменение начальной металличности эллиптических галактик, хотя такие объекты тоже имеют (но умеренные) градиенты металличности (Friaca и Terlevich, 1998), приводит к изменению возраста в пределах 0.1 Глет, что лежит внутри неопределенности оценок. Изменение начальной функции масс также практически не меняет модели SED (Bolzonella et al., 2000). В разделе рассматриваются также ошибки, связанные с неправильной классификацией типа галактики и полнотой выборки. Ошибка определения возраста из-за неправильной классификации типа галактики, а следовательно, и выбора SED, в данном случае играет в пользу описываемого подхода. Модели SED, соответствующие эллиптическим галактикам, дают самое старое звездное население среди всех спектров. Таким образом, если в галактике встречаются области звездообразования, дающие вклад в фотометрические данные, то выбор оптимальной модели смещается в сторону более молодого звездного населения, и галактика выпадает из нашей выборки, т.к. для построения t(z) используются максимальные значения возраста на заданном интервале г.

Для проверки влияния полноты выборки на результат мы использовали метод будстропа. заключающийся в размножении исходной выборки и построении новой с помощью случайного выбора объектов.Коэффициент размножения выборки брался равным 100, и для каждого интервала Az случайным образом выбиралось количество объектов, равное исходному. Таким образом, были проведены 50 испытаний и в каждом случае оценивались значения параметров. В результате были получены дисперсии оценок Но = 72 ± 7 для модели GISSEL и Щ = 53 ± 6 для модели PEGASE для интервала Az — 0.3. Значение при этом остается неизменным. что объясняется влиянием объектов на умеренных красных смещениях г = 0.3 — 1.0, имеющих сравнительно небольшой разброс возрастов. Таким образом, 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 Н0 и А-члена [49], как Н0 = 71.5 ± 10, Пл = 0.8 ± 0.1 в модели GISSEL и Но = 53.0 ± 10, ÜA = 0.8 ± 0.1 в модели PEGASE.

В разделе 4.5.4 приводятся дискуссия и обсуждение результатов. В дискуссии рассматриваются вопросы, связанные с гипотезой о соответствии звездного населения далеких (г > 1) радиогалактик эллиптическим. Современные модели предсказывают достаточно быстрое формирование (в течение 1 млрд. лет) таких систем уже на г ~ 4 (Р1рто & Майеиса, 2004; йосса-Уо1тегаг^е е! а1., 2004), что позволяет применить фотометрические методы для их исследования. Образование радиогалактик па красных смещениях -г 5 дает уже сформировавшиеся звездные популяции на х~2 4- 4 в АСБМ -моделях. Таким образом, отбирая далекие радиогалактики, мы достаточно эффективно выделяем гигантские эллиптические галактики, которые можно использовать для фотометрических исследований. Кроме того, тот факт, что фотометрические оценки радиогалактик типа FR.II близки прямым измерениям, косвенно говорит в пользу гипотезы, что используемые модели эволюции эллиптических галактик соответствуют эволюции звездного населения радиогалактик, и вообще являются признаком его существования на больших красных смещениях [53].

В разделе 4.6 суммируются результаты данной главы.

Глава 5. Исследование реликтового излучения

В данной Главе описываются новый подход в пикселизации карт на небесной сфере, дающий быстрый и точный алгоритм разложения сигнала на сферические гармоники, а также фазовый анализ гармоник, который позволил проверить гипотезу о случайном Гауссовом поле (СГП), обнаружить негауссовость в распределении сигнала данных наблюдений и на основании гипотезы о некоррелированности фаз искомого сигнала РИ и фоновых компонент провести разделение компонент наблюдаемого излучения.

В разделе 5.2 рассмотрены проблемы пикселизации карт неба для исследования распределения излучения на небесной сфере. Предлагается ([50, » 54]) использовать новый подход в пикселизации неба, ориентированный прежде всего на точность вычисления сферических гармоник при интегрировании по полярному углу в с использованием квадратуры Гаусса. Для непрерывной функции распределения температуры на небесной сфере ДТ(в, ф) коэффициенты разложения задаются как

где обозначение У/т показывает комплексное сопряжение для сферической гармоники У( т, х = соэ(0), в - полярный угол, ф - долгота. При взятии интеграла в уравнении используется квадратура Гаусса, а в качестве центров пикселов в направлении полярного угла — нули полиномов Лежандра.

На основании предложенной сетки вводится новая пикселизация неба — GLESP (Gauss -Legendre Sky Pixelization). Для данной пикселизации неба разработано новое программное обеспечение в рамках системы обработки данных FADPS. GLESP и соответствующее программное обеспечение активно используются при анализе данных реликтового излучения, в задачах разделения компонент и поиска негауссовости сигнала [45-48].

После появления архива WMAP появилась возможность проводить статистические тесты на реальных данных до сравнительно высоких мультипо-лей (£ < 600). Стандартная инфляционная модель предсказывает температурные флуктуации, соответствующие Гауссовым однородным и изотропным случайным полям, в то время как нестандартная инфляция (Linde, Mukhanov, 1997; Peebles, 1997; Bernardeau, Uzan, 2002) и модели с топологическими дефектами (Turok, Spergel, 1990; Durer, 1999) обычно предсказывают негауссовы случайные поля. Кроме того, негауссовость может проявляться и как систематический эффект, связанный с методами наблюдений и обработки. Сразу после появления данных спутника WMAP (Komatsu et al., 2003) было объявлено, что восстановленный сигнал РИ является Гауссовым на уровне достоверности 95%. Команда WMAP предоставила карту ILC (internal linear combination), не предназначенную по словам авторов для исследования РИ из-за "сложных свойств шума". Другая группа под руководством М. Тегмарка (Tegmark et al., 2003) сделала независимую чистку от фоновых компонент и предоставила 2 карты FCM (foreground-cleaned map - с вычищенными фоновыми компонентами) и WFM (Wiener-filtered map — обработанная фильтром Винера), также объявив, что полученные данные Гауссовы. В разделе 5.3 проверяется гипотеза о Гауссовости двух карт: с вычищенными фоновыми компонентами (FCM: foreground-cleaned map) и обработанной фильтром Винера (WFM: Wiener-filtered map), полученными Тегмарком и др. (2003) из данных WMAP . На основании гипотезы о случайных фазах Фы (где для каждой гармоники с коэффициентом й(гп = \а1т\ ехр(гф(т)) определена значимая негауссовость сигнала для обеих карт. Фазовый метод позволил разделить и исследовать статистику различных диапазонов мультиполей.

В разделе 5.4 предлагается новая методика исследования статистических свойств сигнала для полос К 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 (РСМ) не требует предварительного удаления областей излучения Галактики. В разделе 5.5 исследуются корреляции выделенпых сигналов и компонент карт ILC, FCM

и PCM. Показано наличие значимых корреляций между фазами выделенного сигнала и фоновых компонент, особенно для канала W [46,47]. Такие корреляции могут быть индикатором возможной негауссовости, обусловленной методиками разделения компонент. В разделе 5.6 суммируются результаты данной главы.

Глава 6. Заключение

В Заключении отмечены задачи, решенные в диссертации, показана научная новизна работы и приведены се основные результаты. В представленной работе реализована цепочка, связывающая начальную и конечную стадии астрофизических исследований: постановку задачи, наблюдения, разработку алгоритмов и программного обеспечения и, как итог, получение астрофизического результата. Каждый шаг цепочки сопровождался созданием открытого общепользовательского программного вычислительного обеспечения, которое к настоящему времени уже использовали сотни человек из отечественных и зарубежных научных учреждений. В результате выполнения работы были созданы открытые системы, соответствующие этапам астрофизических исследований:

• радиоастрономические наблюдения — создание и реализация алгоритмов поиска источников и чистки данных, а также пакет FADPS общей системы обработки, реализация алгоритмов вычисления сферических функций и пакет GLESP обработки данных реликтового излучения;

• анализ радиоастрономических данных, исследование статистики радиоспектров — база данных CATS и система анализа континуальных спектров радиоисточников;

• оптические отождествления и фотометрия на 6 м телескопе, исследование возрастов радиогалактик — база данных CATS, алгоритмы моделирования процесса фотометрических наблюдений и создание вычислительной системы "Эволюция радиогалактик".

В рамках данной работы в реализованных системах проведены исследования свойств наблюдательных данных реликтового излучения спутника WMAP (фазовый анализ и обнаружение негауссовости), радиогалактик по программе "Большое Трио" (оценка возрастов звездных систем и фотометрических красных смещений, оценка постоянной Хаббла и А-члена), а также отождествление и исследование радиоисточников обзора на Северном секторе РАТАН 600 1995 г. и объектов кросс-идентификаций внутри CATS (внегалактические источники радио и инфракрасного излучения и декаметровые источники).

Благодарности

Автор выражает искреннюю и глубокую благодарность своим учителям, под руководством которых работал свыше 15 лет, Юрию Николаевичу Па-рийскому и Наталии Сергеевне Соболевой, а также Александру Ивановичу Копылову за предельно конструктивную критику и дружескую помощь в течение всего времени проведения работы, Сергею Анатольевичу Трушки-ну, Владимиру Константиновичу Кононову и Валентину Александровичу Липовецкому, у которых многому научился в процессе тесного и плодотворного сотрудничества.

Проведенные исследования не были бы выполнены без значительного вклада соавторов Х.Андернаха, А.В.Темировой, В.Н.Черненкова, В.О.Ча-вушяна, А.А.Старобинского Отдельная благодарность коллегам, принимавшим участие в ряде работ по теме проведенных исследований О.П.Же-ленковой, Н.Н.Бурсову, А.Флетчеру, Б.Берку, Н.М.Липовке, В.Л.Горохову, В.С.Шергину, Б.Л.Ерухимову, Чиангу Лун-И и П.Р.Кристенсену.

Данная работа также инициировалась обсуждениями, проводимыми с коллегами из Лаборатории радиоастрономических наблюдений, Лаборатории радиоастрономии и Лаборатории исследования галактик (CAO РАН), а также с А.Г.Губановым (АИ СПбГУ) и Ю.А.Ковалевым (АКЦ ФИАН).

Хочется выразить признательность сотрудникам Лаборатории радиометров континуума (CAO РАН), осуществляющим поддержку наблюдений и разработавшим используемую аппаратуру.

Трудно переоценить тесное и плодотворное сотрудничество с коллегами последнего периода работы над диссертацией: Андреем Георгиевичем Дорошкевичем, Павлом Давидовичем Насельским, Игорем Дмитриевичем Новиковым, в ходе которого приобретены новые знания и освоены новые методы.

Большую поддержку данной работе оказали Российский Фонд Фундаментальных Исследований грантами 96-07-89075, 99-07-90334, 02-07-90038, 05-07-90139 и коллектив Специальной астрофизической обсерватории. Автор также глубоко признателен астрономическому сообществу, оказавшему психологическую поддержку в заключительный трудный период, и лично Ю.А.Ковалеву, который проявил подлинно дружеское участие и потратил свое время в процессе оформления последней версии диссертации.

Особую благодарность автор выражает своей коллеге, соавтору, другу и жене Верходановой Наталии Викторовне за терпение, помощь и поддержку в течение всего времени работы.

Личный вклад автора

Вклад автора в главах 2, 3 является определяющим. В главах 4, 5 вклад в обсуждение результатов равный с соавторами, а разработка программного обеспечения и расчеты принадлежат автору. Личный вклад в совместных публикациях по теме диссертации приведен ниже:

[1] — участие в наблюдениях, создание алгоритма обработки, программного обеспечения (ПО) и обработка данных, обсуждение результатов; [2,3,8] (FADPS) - разработка и реализация алгоритмов и модулей ПО, а также идеологии построения системы;

[5,6](наблюдения RC-источников) — участие в наблюдениях и обсуждениях результатов;

[7,16,34] (кросс-идентификация каталогов: радио и ИК) — совместная постановка задачи и обсуждение результатов, разработка алгоритмов и ПО, кросс-идентификация;

[9,10,17,18,19,22,23,24,26,27,28,31,38,41,53] (проект "Большое Трио")

— разработка алгоритмов, оценка возрастов, интерпретационная обработка, участие в наблюдениях (кроме спектральных) и обсуждениях результатов; [13,14,15,35,36,51] (проект "CATS") — разработка принципов построения CATS и программных средств СУБД, совместная постановка задачи;

[20](исследование объектов обзора 1995г.) — постановка задачи, наблюдения и обработка, отождествление объектов;

[21] — разработка ПО, радиотождествление в CATS и селекция объектов; [25](далекие радиогалактики) — отбор объектов по заданным критериям, оценка их физических характеристик, совместная постановка задачи;

[32\{алгоритпмы чистки от помех) — постановка задачи, разработка алгоритма, участие в создании ПО, реализация в FADPS; [29,33,39,42] (исследование отождествлений декаметровых источников)

— постановка задачи, кросс-идентификация и отождествление объектов, разработка методов и ПО, участие в обработке, обсуждение результатов; [30,37] (определение возрастов радиогалактик) — совместная постановка задачи, разработка и реализация идеологии построения базы данных SEDs, алгоритмов и ПО;

[40\(форматы представления данных) — постановка задачи, разработка форматов и сопровождающего ПО;

[43,52] (исследования объектов радиоотождествлений ИК источников)

— постановка задачи, селекция объектов, оптические отождествление, обсуждение результатов;

[44,49] (оценка космологических параметров по данным радиогалактик)

— совместная постановка задачи, разработка алгоритмов и ПО, проведение

вычислений;

[45,46,47,48,50,54] (пакет GLESP, фазовый анализ и негауссовостъ) — совместная постановка задачи и обсуждение результатов, разработка библиотеки пикселизации и ПО, моделирование эксперимента, оценка гармонических характеристик излучения и расчет карт.

Основные публикации по теме диссертации Публикации в рецензируемых журналах

Результаты диссертации опубликованы в 54 статьях в рецензируемых научных журналах и изданиях (список приведен ниже), а также в 52 трудах всесоюзных, всероссийских и международных конференций.

1. БурсовН.Н., ВерходановО.В.. ЕрухимовБ.Л., ЛиповкаН.М., Пятунина Т.Б., СоболеваН.С., Темирова А.В., Черненков В.Н. 1989. Применение метода сечений для определения параметров радиоисточников в режиме неподвижного фокуса на РАТАН-600. Изв. САО. Астрофиз.иссл., No 28,136-148.

2. Verkhodanov O.V., Erukhimov B.L., Monosov M.L., Chernenkov V.N., Sher-gin V.S.. 1993. Basic principles of flexible astronomical data processing system in UNIX environment. Известия САО. Астрофиз. иссл. No 36, 132-137.

3. Khaikin V.B., Verkhodanov O.V. 1993. Results of simulation of two-dimensional beam pattern and parameters of RATAN-600 radio telescope in comparison with the experiment. Известия САО. Астрофиз. иссл. No 36, 166-176.

4. Верходанов О.В. Исследование объектов Зенитного обзора 1988 г. Астрон. Ж. 1994. Т.71, No 3, 352-359.

5. Копылов А.И., Госс В.М . Парийский Ю.Н., Соболева Н.С., Темирова А.В , Желенкова О.П.. Витковский Вал.В., Наугольная М.Н.. Верходанов О.В 1995. Оптические отождествления подвыборки радиоисточников RC-каталога с крутыми спектрами с помощью 6-метрового телескопа САО РАН: Оптические наблюдения. Астрон. Ж. Т.72, No 5, 613-629.

6. Копылов А.И., Госс В.М., Парийский Ю.Н , Соболева Н.С., Темирова А.В., Желенкова О.П., Витковский Вал.В., Наугольная М.Н., Верходанов О.В. 1995. Оптические отождествления подвыборки радиоисточников RC-каталога с крутыми спектрами с помощью 6-метрового телескопа САО РАН. Требования к координатной точности и глубине изображения, наблюдения на VLA и фотометрические методы оценки красного смещения. Астрон. Ж. Т.72, No 4, 437-446.

7. Trushkin S.A., Verkhodanov O.V. 1995. On the cross-identification of the IRAS-Point Source and Texas catalogs. Bull. SAO, No 39, 150-154.

8. Verkhodanov O.V , KononovV K., Chernenkov V.N 1995 The methods and facilities of astrophysical experiments support in the SAO RAS. Short review

of the problems. Bull. SAO, No 39, 146-149.

9. Parijskij Yu. N., Goss W M., Kopylov A.I., Soboleva N.S., Temirova A.V., Verkhodanov O.V., Zhelenkova O.P., Naugolnaya M.N. 1996. Investigation of RATAN-600 RC radio sources. Bull. SAO, No 40, 5-124.

10. Parijskij Yu.N.,Soboleva N.S.,Verkhodanov O.V., Kopylov A.I,Zhelenkova O.P. 1996. On observations of diffuse optical emission along the axis of double radio sources of RC catalog at the 6m optical telescope. Bull. SAO, No 40, 125-127.

11. Verkhodanov O.V. 1996. On one algorithm of fitting of the function, preas-signed by table, to tabular defined points. Bull. SAO, No 41, 149-151.

12. Verkhodanov O.V. 1997. Multiwaves continuum data reduction at RATAN-600. In "Astronomical Data Analysis Software and Systems VI", eds. G.Hunt & H.E.Payne. ASP Conf. Ser., 125, 46-49.

13. Verkhodanov O.V., Trushkin S.A., Andernach H., Chernenkov V.N. 1997. The CATS database to operate with astrophysical catalogs. In "Astronomical Data Analysis Software and Systems VI", eds. G.Hunt & H.E.Payne. ASP Conf. Ser., 125, 322-325.

14. Andernach H., Trushkin S.A., Gubanov A.G., Verkhodanov O.V., Titov V.B., Micol A. 1997. Preparing a public database of radio sources. Baltic Astronomy, 6, 259-262.

15. Verkhodanov O.V., Trushkin S.A., Chernenkov V.N. 1997. CATS: a database system of astrophysical catalogues Baltic Astronomy, 1997, 6, No 2, 275 278.

16. Trushkin S A., Verkhodanov O.V. 1997. Cross-identification of the IRAS Point-Source and Texas catalogs of radio sources. Baltic Astronomy, 6, No 2, 345-346.

17. Флетчер А., Коннер С., Крофорд Ф., Картрайт Дж., Берк Б., Парий-ский Ю.Н., Соболева Н.С., Копылов А.И., Темирова А.В., Верходанов О.В., Наугольная М.Н. 1996. Объекты RC-каталога. Отождествление с точностью выше 1" по Паломарским отпечаткам с использованием VLA карт из архива Массачусетского технолог, института. Астрон. Ж. Т.73, No 6, 835-843.

18. Парийский Ю.Н., Госс В.М., Копылов А.И., Соболева Н.С., Темирова А.В., Верходанов О.В., Желенкова О.П. 1998. Завершение оптического отождествления объектов выборки RC-каталога с ультракрутыми спектрами и оценка их красных смещений. Астрон. Ж. Т.75, No 4, 483-497.

19. Pursimo Т., Nilsson К., Teerikorpy P., Kopylov A., Soboleva N., Parijskij Yu., Baryshev Yu., Verkhodanov 0., Temirova A., Zhelenkova 0., Goss W., Sillanpaa A., Takalo L.O. 1999. Optical morphology of distant RATAN-600 radio galaxies from subarcsecond resolution NOT images. Ast.ron. Astrophys. Suppl. Ser. 134, 505-521, astro-ph/9811265.

20. Верходанов О.В., Верходанова Н.В. 1999. Исследование отдельных ис-

точников в области 47° по склонению на РАТАН-600. Астрон Ж Т. 76, No 7, 483-494.

21. Tovmassian H.M , Chavushyan V.H., Verkhodanov O.V., Tiersch H. Radio emission of Shakhbazian compact galaxy groups. 1999. Astrophys. J. 523, 8799, astro-ph/9905001.

22. Parijskij Yu N., Goss W.M., Verkhodanov O.V., Kopylov A.I., Soboleva N.S., Temirova A.V. 1999. 5 radio sources of the Zenith survey at RATAN-600: VLA maps, radio spectra and optical identification. Bull. SAO, No 48, 5-16, astro-ph/9910383.

23. Parijskij Yu.N., Kopylov A.I., Goss W.M., Soboleva N.S., Temirova A.V., Verkhodanov O.V., Zhelenkova O.P., Chepurnov A.V. 1999. RATAN-600 and the early Universe. Astron. Astrophys. Trans., 18, 61-65.

24. Parijskij Yu.N., Goss W.M., Kopylov A.I., SobolevaN.S., Temirova A.V., Verkhodanov O.V.,ZhelenkovaO.P.1999. The program of distant radio galaxies at Special astrophysical observatory of Russia. Astron.Astrophys.Trans ,18,437-446.

25. Verkhodanov O.V., Kopylov A.I., Parijskij Yu.N., Soboleva N.S., Temirova A.V. 1999. Redshifts and age of stellar systems of distant radio galaxies from multicolor photometry data. Bull. SAO, No 48, 41-120, astro-ph/9910559.

26. Парийский Ю.Н , Соболева H.С., Копылов А.И., Верходанов О.В., Те-мирова А.В., Желенкова О.П., Уинн Дж., Флетчер А., Берк Б. 2000. Радиогалактика RC J1148+0455. Письма в АЖ. Т.26, No 7, 493-498.

27. Parijskij Yu.N., Goss W.M., Kopylov A.I., Soboleva N.S., Temirova A.V., Verkhodanov O.V. , Zhelenkova O.P. 2000. RATAN-600 - VLA BTA-6m ("Big Trio") project: multicolor studying of distant radio galaxies. Atsron. Astrophys. Trans., V. 19, No 3-4, 297-304, astro-ph/0005240.

28. Verkhodanov О V., Kopylov A.I., Parijskij Yu.N., Soboleva N.S., Zhelenkova O.P., Temirova A.V., Winn J., Fletcher A., Burke B. 2000. RC J1148 ^ 0455 identification: gravitational lens or group of galaxies ? Atsron. Astrophys. Trans V. 19, No 3-4, 536-541. astro-ph/9912499.

29. Verkhodanov O.V., Andernach H., Verkhodanova N.V. 2000. USS radio sources from the UTR-2 survey. Atsron.Astrophys.Trans.,19, No 3-4, 542-549.

30. Verkhodanov O.V., Kopylov A.I., Zhelenkova O.P., Verkhodanova N.V., Chernenkov V.N., Parijskij Yu.N., Soboleva N.S., Temirova A.V. 2000. The software system "Evolution of radio galaxies". Atsron. Astrophys. Trans., 19. No 3-4. 662-667, astro-ph/9912359.

31. Соболева H.С., Госс В.M., Верходанов О.В., Желенкова О.П., Темирова А.В., Копылов А.И., Парийский Ю.Н. 2000. RC J0105+0501 - радиогалактика с красным смещением г я» 3 5. Письма в АЖ. Т26, No 10, 723-728.

32. Verkhodanov О V , Pavlov D.A 2000. An algorithm for cleaning extended

interferences in radio astronomical records. Bull. SAO, No 49, 45-52, astro-ph/0008430.

33. Verkhodanov O.V., Andernach H., Verkhodanova N.V. 2000. Radio identification of decametric sourccs. I. Catalogue. Bull. SAO, No 49, 53-100, astro-ph/0008431.

34. Verkhodanov O.V., Trushkin S.A. 2000. Searching out and studying sources of low-frequency radio emission near IR objects. Bull. SAO, No50, 115-141.

35. Trushkin S.A., Verkhodanov O.V., Chernenkov V.N., Andernach H. 2000. CATS The Largest Radio Astronomical Database: Galactic Facilities. Baltic Astronomy, 9, 608-612.

36. Verkhodanov O.V., Trushkin S.A., Chernenkov V. N., Andernach H. 2000. CATS — The Largest Radio Astronomical Database: Extragalactic Facilities. Baltic Astronomy, 9, 604-607.

37. Verkhodanov O.V., Kopylov A.I., Zhelenkova O.P., Verkhodanova N.V., Chernenkov V.N., Parijskij Yu.N., Soboleva N.S., Temirova A.V. 2000. Creation of the database of spectral energy distributions of radio galaxies. Baltic Astronomy, 9, 668-669.

38. Verkhodanov O.V., Parijskij Yu.N., Soboleva N.S., Kopylov A.I., Temirova A.V., Zhelenkova O.P., W.M.Goss. 2001. Results of investigation of radio galaxies of the survey "Cold": photometry, color redshifts and the age of the stellar population. Bull. SAO, No 52, 5-133, astro-ph/0203522.

39. Verkhodanov O., AndernachH., Verkhodanova N.V. 2001. "Steep-spectrum UTR sources in FIRST survey", Astron.Astrophys.Trans., 20, 321-322.

40. Verkhodanov O.V., Kononov V.K. 2002. A variant of description of dissimilar astronomical data. Bull. SAO, No 53, 119-123.

41. Верходанов O.B., Копылов А.И, Парийский Ю Н., Соболева Н.С., Те-мирова А В., Желенкова О.П. 2002. Цветовые красные смещения и возраст звездного населения далеких радиогалактик RC каталога. Астрон. Ж., Т.79, No 7, 589-600.

42. Верходанов О.В., Верходаиова Н.В., Андернах X. 2003. Радиоотождествление и непрерывные спектры декаметровых источников. Астрон. Ж., Т.80, No 2, 130-139.

43. Верходанов О.В., Чавушян В.О., Мухика Рауль, Трушкин С.А., Вал-дес Хосе Р. 2003. Исследование объектов кросс-списка IRAS и 365 МГц Техасского каталогов. Астрон. Ж., Т.80, No 2, 140-150.

44. Verkhodanov O.V., Parijskij Yu.N. 2003. Problems of observational radio cosmology Review. Bull. SAO, No 55, 66-88.

45. Chiang Lung-Yih, Naselsky P.D., Verkhodanov O.V., Way M.J. 2003. Non-Gaussianity of the Derived Maps from the First-Year Wilkinson Microwave

Anisotropy Probe Data. Astrophys. J., 590, L65-L68, astro-ph/0303643.

46. Naselsky P.D., Doroshkevich AG., Verkhodanov O.V. 2003. Phase cross-correlation of the WMAP ILC map and foregrounds. Astrophys. J., 599, L53-L56, astro-ph/0310542.

47. Naselsky P.D., Doroshkevich A.G., Verkhodanov O.V. 2004. Cross-correlation of the phases of the CMB and foregrounds derived from the WMAP data. Mon. Not. R. Astron. Soc., 349, 695-704, astro-ph/0310601.

48. Naselsky P.D., Chiang, L.-Y., Olesen P., Verkhodanov O.V. 2004. Primordial Magnetic Field and Non-Gaussianity of the One-Year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe Data. Astrophys. J., 615, 45-54.

49. Верходанов O.B., Парийский Ю.Н., Старобинский A.A. 2005. Определение Q\ и HQ по фотометрическим данным радиогалактик. Бюлл. САО РАН, 58, 5-16.

50. Верходанов О.В., Дорошкевич А.Г., Насельский П.Д., Новиков Д.И. Турчанинов В.И., Новиков И.Д., Кристенсен П.Р., Чианг JI.-И. 2005. Пакет анализа данных GLESP для карт реликтового излучения на полной сфере и его реализация в рамках системы обработки FADPS. Бюлл. САО, 58,40-51.

51. Верходанов О.В., Трушкин С.А., Андернах X., Черненков В.Н. 2005. Текущий статус базы данных CATS. Бюлл. САО, 58, 118-131.

52. Chavushyan V.H., Verkhodanov О.V., Valdses J.R., MujicaR., TrushkinS.A. 2005. IRAS F02044+0957: an interacting system. Астрофизика, 48, Nol, 113.

53. Верходанов О.В., Копылов А.И., Парийский Ю.Н., Соболева Н.С., Те-мирова А.В , 2005. К вопросу о фотометрических оценках красного смещения, радиогалактик типа FRII. Письма в АЖ, 2005, 31, No 4, 243-249.

54. Doroshkevich A.G., Naselsky P.D , Verkhodanov O.V., Novikov D.I., Tur-chaninov V.I., Novikov I.D., Christensen P.R., Chiang L.-Y. 2005. Gauss -Legendre Sky Pixelization (GLESP) for CMB maps. Internat. J. Modern Physics D, 14, No 2, 275-290, astro-ph/0305537.

Цитируемая литература

Bicker J., Fritze-v.Alvensleben U , MullerC.S., FrickeK.J., 2004 Astron. Astrophys., 413, 37 Bernardeau F., Uzan J.-P., 2002. Phys. Rev. D, 66, 103506 Blumenthal G., Miley G., 1979, Astron. Astrophys., 80, 13

Bolzonella M., Miralles J.-M., Pello R 2000. Astron. Astroph., 363, 476, astro-ph/0003380 Braude Sla. et al. 1978, 1979,1981,1985; ApSS: 54, 37; 64, 73, 74, 409; 111, 1 Bruzual G., Chariot S. 1993, ApJ, 405, 538

Douglas J.N., Bash F.N., Bozyan F.A., Torrence G.W., Wolfe С 1996. Astron. J., Ill, 1945 De Breuck С , van Breugel W., Rottgering H., Miley G., Stanford A., 1999, in: The Most Distant Radio Galaxies, Proc. Colloq., Royal Netherlands Academy of Arts and Sciences, Eds- Rottgering H.J A , Best P.N., Lehnert M D., 477 de Ruiter H R., Willis A.G , Arp H С 1977 Astron. Astropl •ПКМНАММК?

библиотека

СОетаИтрг i 33 __W * м» ч

Dagkesamansky R.D., 1978, Nature, 226, 432

Durer A., 1999. New Astron. Rev., 43, 111

Fioc M., Rocca-Volmerange В., 1997, Astron. Astroph., 326, 950

Fletcher A. 1998. Ph.D thesis. Massachusetts Inst, of Tech. Boston. USA

Friaca A.C.S., Terlevich R.J 1998, Mon. Not. R. Astron. Soc., 298, 399

Jimenez R., Loeb A 2002. Astrophys. J., 573, 37,

Komatsu E., Kogut A., Nolta M , Bennett C.L., Halpern M , Hinshaw G., Jarosik N , Limon M., Meyer S.S., Page L , Spergel D.N., T\icker G.S., Verde L., Wollack E., Wright E.L., 2003. Astrophys. J.Suppl., 148, 119, astro-ph/0203223 Lmde A., Mukhanov V., 1997. Phys.Rev. D, 56, 535.

Longair M.S , 1978, Radio astronomy and cosmology, In: Observational cosmology; Advanced

Course, 8th, Saas-Fee, Switzerland, April 10-15, Lectures, 127 Parijskij Yu N. 2001. The High Redshift Radio Universe: the Cosmic Microwave Background. Current Topics in Astrofundamental Physics. Proc. of the NATO Adv. Study Inst., ed. Norma G. Sanchez. Kluwer Acad. Publ. Peebles P J.E. 1993. Principles of physical cosmology, Princeton Series in Physics, Princeton,

NJ. Princeton University Press Peebles P.J.E., 1997. Astrophys. J., 483L, 1 Pipino A., Matteucci F., 2004. Mon. Not. R. Astron. Soc., 347, 968 Poggianti B.M., 1997, Astron. Astroph., 122, 399

Rawlings S., Lacy M., Blundell K.M., Eales S.A., Bunker A J , Garrington S.T. 1996. Nature, 383, 502

Rocca-Volmerange В., Le Borgne D., De Breuck C., Fioc M., Moy E., 2004. Astron. Astrophys., 415, 931.

Sandage A 1997. In "The Universe at large." Key issues in astronomy and cosmology. Elds.

G.Munch, A.Mampaso, F.Sanches. Cambridge Univer. Press ScUegel D., Finkbeiner D., Davis M., 1998, Astrophys. J., 500, 525. Stanford S.A., Eiscnhardt P R , Dickinson M., Holden B.P, Roberto De Propris, 2002.

Astrophys. J.Suppl., 142, 153, astro-ph/0203498 Tegmark M., de Oliveira-Costa and Hamilton (ТОН), 2003 Phys. Rev. D, 68, 123523 Turok N., Spergel D., 1990. Phys. Rev. Let., 64, 2736

van Breugel W. J. M., De Breuck C., Stanford S. A., Stern D., Rottgering H., Miley G K.

1999. A Radio Galaxy at 2 = 5.19. Astrophys. J., 518, 61, astro-ph/9904272 Госс Уи.М., Парийский Ю.Н., Соболева Н.С., Темирова А.В , Витковский Вал.В., Же-ленкова О.П., Наугольная М.Н. 1992. Исследование выборки радиоисточников РАТАН 600 с крутыми спектрами (а > 11) — наблюдения на VLA и оптические отождествления. АЖ, 69, 673 Насельский П.Д , Новиков Д.И , Новиков И Д. 2003. Реликтовое излучение. Изд-во "Наука". Москва.

Парийский Ю Н., Корольков Д.В. 1986. "Эксперимент "Холод". Первый глубокий обзор неба с помощью радиотелескопа РАТАН-600". В сб. "Итоги науки и техники". Астрономия. 31. Москва. ВИНИТИ. 73-197

S V г

»13 0 57

Бесплатно

РНБ Русский фонд

2006-4 9102

Верходанов Олег Васильевич

Методы и результаты наблюдательной радиокосмологии

Зак. N0165с

Уч. изд. л. - 2.1

Тираж 150

Специальная астрофизическая обсерватория РАН

Глава 1. Введение

1.1. Проблемы наблюдательной радиокосмологии

1.1.1. Определение космологических параметров

1.1.2. Большое Трио

1.1.3. Резюме.

1.2. Анализ радиоастрономических данных

1.2.1. Системы анализа данных.

1.2.2. Технологическая цепочка получения астрономического результата

1.3. Актуальность, цели работы и результаты, выносимые на защиту

Глава 2. Создание системы обработки данных FADPS и ее применение для анализа наблюдательных данных РАТАН

2.1. Введение

2.2. Общая идеология и принципы построения

2.3. Формат представления данных

2.4. Построение интерактивной графической системы обработки.

2.5. Интерактивная обработка континуальных радиоспектров источников

2.6. Исследование объектов обзора 1995 г. на Северном секторе РАТАН

2.6.1. Отождествление радиоисточников.

2.6.2. Спектры радиоисточников.

2.6.3. Сложные источники

2.6.4. Обзор неба 1994 г.: заключение

2.7. Система анализа данных реликтового излучения

2.7.1. Вычисление присоединенных полиномов Лежандра.

2.7.2. Структура пакета GLESP 1.0.

2.7.3. Основные операции

2.7.4. Тестирование пакета и моделирование карт РИ

2.8. Выводы

Глава 3. Разработка базы данных астрофизических каталогов CATS и ее применение для построения и анализа выборок радиогалактик

3.1. Введение.•.

3.2. Идеология построения

3.3. Функции CATS

3.3.1. Выборка по параметрам

3.3.2. Кросс-идентификация источников

3.4. Ввод и вывод: уровни доступа и форматы вывода

3.5. Анализ кросс-идентификаций внутри CATS

3.5.1. Отождествление декаметровых радиоисточников

3.5.2. Радиоизлучающие объекты инфракрасного диапазона

3.6. Выводы

Глава 4. Исследование радиогалактик и оценка космологических параметров

4.1. Введение.

4.2. Система "Эволюция радиогалактик"

4.2.1. Процедура оценки возраста и красного смещения

4.3. Оценка возрастов и красных смещений известных радиогалактик

4.3.1. Данные и методика.

4.3.2. Результаты анализа данных известных радиогалактик

4.4. Исследование радиогалактик обзора "Холод"

4.4.1. Многоцветная фотометрия RC объектов

4.4.2. Фотометрические красные смещения для радиогалактик

RC каталога

4.4.3. Дискуссия и результаты

4.5. Оценка космологической постоянной (Л-член).

4.5.1. Выборка объектов

4.5.2. Процедура оценки параметров

4.5.3. Влияние ошибок на оценки параметров

4.5.4. Обсуждение результатов

4.6. Выводы

Глава 5. Исследование реликтового излучения

5.1. Введение.

5.2. Прооблемы пикселизации карты неба

5.2.1. Базовые соотношения

5.2.2. Свойства пикселизации GLESP

5.3. Не-Гауссовость

5.4. Фазовый метод чистки и выделение реликтового излучения.

5.5. Корреляции выделенных сигналов и компонент карт ILC, FCM и РСМ

5.6. Выводы

Глава 3. Разработка базы данных астрофизических каталогов CATS и ее применение для построения и анализа выборок радиогалактик 3.1. Введение

3.2. Идеология построения 3.3. Функции CATS .112 112 115 120 Оглавление 123 123 124 127 127 144 161 3.3.1. Выборка по параметрам 3.3.2. Кросс-идептификация псточпиков 3.4. Ввод и вывод: уровпи доступа и форматы вывода 3.5. Апализ кросс-идентификацпй впутри CATS 3.5.1. Отождествление декаметровых радиоисточников 3.5.2. Радиопзлучающие объекты инфракрасного диапазона 3.6. Выводы

1 Основные результаты этой главы изложены в статьях рецензируемых изданий Verkhodanov et al., 1997а,b,2000b,2000d; Verkhodanov & Trushkin, 2000; Верходанов и др. 2003b,с,2005c. привязки наблюдений к международной шкале потоков.

Можно выделить следующие предпосылки создания базы данных CATS на момент ее появления в CAO в 1993 г. (Верходанов, Трушкин, 1994, 1995а,Ь): Поиск данных в огромном числе публикаций в области наблюдательной астрономии оставался трудоемким занятием.

Поиск отождествлений сотен тысяч радиоисточников стал насущной необходимостью современных исследований.

В известных базах данных: Simbad, NED и LEDA сильно недоставало радиоданных, хотя они и доминировали по числу объектов.

Уже был накоплен большой "радиоастрономический" опыт в проведении обзоров и в работе с каталогами на РАТАН-600.

Была создана локальная сеть CAO (с 1989 г.) (Черненков, Шергин, 1993) и подключена к Internet (1996 г.).

Наличие опыта создания общепользовательских программных систем. К моменту начала разработки базы данных CATS у авторов было около 30 радиоастрономических каталогов, компьютер IBM PC 386, работающий под OS XENIX (модификация Unix-a), и большое число разнообразных астрофизических проблем, связанных с исследованиями континуальных спектров и требующих решения. CATS организовывалась прежде всего как система поддержки наблюдений, проводимых на радиотелескопе РАТАН-600 (Verkhodanov, Trushkin, 1995; Верходанов, Трушкин, 1995а,Ь). Именно трудоемкая работа с "бумажными" каталогами при обработке и интерпретации наблюдений на радиотелескопе стала побудительной причиной создания радиоастрономической базы данных каталогов более широкого использования. После создания удобного интерфейса такая возможность была реализована в рамках локальной сети CAO. С появлением доступа CAO РАН в Internet модернизированная и ориентированная уже на Web-технологию база данных CATS стала широко использоваться астрономическим сообществом. А дополнение системы управления CATS интерпретационными CGI-программами и апплетами расширяет ее поисковые возможности. Статистика показывает, что сервер обрабатывает около 10000 обращений в месяц, а анализ используемых данных показывает, что CATS существенно помогает астрономам при обработке астрофизических наблюдений.

Табличные данные каталогов поступали на РАТАН-600 в разное время. MASTER LIST, объединенный каталог всех радиообзоров неба, выполненных до 1981 г., созданный Диксоном (США) (Dixon, 1970), стал первым из вошедших в CATS, так как широко использовался в радионаблюдениях на РАТАН-600 еще с 80-х гг. Коллекция данных содержит также информацию по тысячам слабых радиоисточников из обзора "Холод" и Зеленчукского обзора ГАИШ, проведенных с помощью радиотелескопа РАТАН-600. Очень большой вклад внес энтузиаст коллекционирования астрономических данных Хайнц Андернах, который передал многие оцифрованные им каталоги. Им собрано 600 каталогов, содержащих радиоданные, и около 500 — результаты наблюдений в других диапазонах (Andernach et al., 1994, 1995, 1997).

В данной главе будут рассмотрены принципы каталогизации радиоисточников, являющиеся оригинальной авторской разработкой, описаны идеология и правила построения баз данных астрофизических объектов и описаны принципиальные моменты селекции объектов. В рамках построенной системы проведены исследования нескольких списков объектов, отобраны радиоисточники с ультракрутыми спектрами, проведено их кросс-отождествление с объектами других диапазонов длин волн.

3.2. Идеология построения базы данных

База данных CATS представляет собой набор астрофизических каталогов, их описаний и программ работы с ними (Verkhodanov, Trushkin, 1995; Verkho-danov et al., 1997a,b,c; Трушкин и др., 1997, Trushkin et al., 2000; Verkhodanov et al., 2000b,с, 2005c). Чтобы не утонуть в потоке информации, мы ограничили отбор каталогов для CATS следующими принципами:

• включать все радиокаталоги, созданные на основе обзоров неба;

• включать все крупные (>800 объектов) незвездные (галактические и внегалактические) каталоги из других диапазонов;

• включать каталоги объектов из других диапазонов, в которых использованы радиоданные;

• общие поля для всех включаемых каталогов — координаты объекта. Основной упор в CATS сделан на работу с радиокаталогами и отдельными таблицами, использующими результаты наблюдений в сплошном спектре. Таких таблиц в БД около 400 (на начало 2005 г.). Все самые объемные известные радиокаталоги с числом записей больше 800 уже включены в CATS. По нашим оценкам более 98% всех каталогизированных радиоданных являются частью CATS, что делает ее саг^ой крупной радиоастрономической базой данных в мире.

Одной из основных задач, стоявших перед авторами, было сохранение исходного астрофизического каталога в формате автора, т.е. неизменность авторских данных. Необходимо было разработать такую структуру взаимодействия пользователя и поисковой программы, работающей с каталогом, чтобы и пользователю было удобно и программа разбиралась с первичным каталогом. Для выполнения этих целей была выбрана двухуровневая иерархическая структура описания и хранения данных, а также двухуровневая (а позднее

Рис. 3.1. Схема построения базы данных CATS. Каждый астрофизический каталог помещается в соответствующую директорию операционной системы. В эту же директорию помещаются исполняемые программы и описания каталога. В файле описаний содеро!сатся характеристики астрофизических каталогов и имена соответствующих программ для выполнения процедур выборки данных. Организованы различные варианты ввода и вывода информации из БД. Рисунок опубликован в работе (Verkhodanov et al, 1997а). трехуровневая) структура поисковых и обслуживающих пользователя программ (Рис.3.1) (Verkhodanov et al., 1997с).

Добавление нового каталога в базу данных CATS происходит по следующим правилам:

1. каждый новый каталог объектов должен быть помещен в Unix-директорию с тем же именем, что и сам каталог объектов;

2. туда же помещаются все программы для локальных операций поиска/выборки;

3. краткие характеристики, имена программ и файла с описанием каталога, библиографические ссылки помещаются в специальный файл описаний cats descr.

Файл описаний (catsdescr) содержит имя и тип каталога (радио, оптический, смешанный и т.п.), диапазон частот, минимальные/максимальные значения плотностей потоков, границы используемых в данном каталоге координат источников (галактических и/или экваториальных), имена локальных программ выборки по параметрам (select) и кросс-идентификации (match), имя файла с документацией, параметр разрешения (размер диаграммы направленности или seeing), количество записей в каталоге, калибровочный множитель для привязки шкалы интенсивностей и библиографический код. Несмотря на небольшой объем вводимых характеристик, на настоящий момент их вполне хватает для организации управления БД.

Внешний пользователь взаимодействует с CATS через специально созданные командные файлы (второй уровень системы управления базой данных CATS) из любой директории системы (Рис. 3.1). Эти командные файлы считывают всю необходимую информацию из файла описаний (catsdescr) — центрального репозитория (хранилища ссылок) метаданных, описывающих физические свойства каталога. Именно благодаря взаимодействию с репо-зиторием, поисковые программы отождествляют местоположение искомого каталога в системе управления файлами OS Unix по запросам пользователя.

Описанный способ размещения и хранения каталогов позволяет быстро и легко развивать БД CATS, и настраивать поддерживающие программы. Таким образом, CATS представляет из себя базу данных объектов, где каждый объект — структурная единица, объединяющая сам астрофизический каталог, помещенный в соответствующую директорию системы, файл с его кратким описанием, а также программы для работы с этими данными (Рис.3.1).

Реально все каталоги имеют различный формат представления данных и получены в различных по методам наблюдениях. Таким образом, пользователю предоставляется однородный доступ к разнообразной коллекции данных, полученных на различной наблюдательной базе с различными физическими характеристиками и единицами измерения в противовес принятым на начало 90-х годов стандартам создания единого каталога с полным набором описываемых параметров. Система настройки организована таким образом, что описанные каталоги включаются в CATS без изменения расположения полей с параметрами, а прямо в том виде, как они были опубликованы.

Тонкая настройка.

Локальные программы вызова — нижний уровень взаимодействия с каталогами — сами являются двухуровневыми программами (командными файлами). Нижний уровень подготавливает верхний вызов в виде унифицированного поискового запроса, который уже используется для передачи общих параметров запроса к атомам системы. В качестве атомов системы используются две специально разработанные программы cselи cmatch, которые настраиваются администратором на формат описания соответствующего каталога, а именно на позиционирование определенных полей с параметрами. Например, нижеприведенная строка демонстрирует, как определенные символы соответствуют определенным параметрам: csel \

-pat "nnnnn hhmmssss ее tddmmss ее zzzzz fff eee\n i xx yy aa q\n". Здесь в трех вводимых строках: nnnn - имя; hh mm ssss - часы, минуты и секунды прямого восхождения (RA); еее (после RA) - ошибка RA в секундах времени; tdd mm sss - знак, градусы, минуты и секунды склонения (Dec); ее (после Dec) - ошибка Dec в секундах дуги; zzzzz - частота в МГц; ffff -плотность потока в мЯн; ее (после FD) - ошибка плотности потока в единицах плотности потока; \п - символ перевода строки; i - количество строк после текущей для считывания; х - большая полуось эллипса в секундах дуги; у -малая полуось эллипса в секундах дуги; а - позиционный угол в градусах; q -размер объекта в секундах дуги. Ключ '-pat' обозначает, что следующий параметр (заключенный в кавычки) — шаблон для отождествления положения полей в каталоге объектов. Позиции полей описаний соответствуют положениям описываемых параметров в реальном каталоге.

Используя такую методику задания форматов полей, мы смогли подключить разнообразные каталоги, чьи наблюдательные характеристики, например координаты, выражены в радианах, градусах или часах, т.е. в различных физических единицах. Это позволило включить в CATS на общих основаниях старые каталоги с худшими (имеющими точность до 30 мин дуги) координатами без изменения форматов записей. Индексация.

При работе с каталогами огромных размеров (свыше 0.5 млн. записей) становится заметной скорость взаимодействия программы с жестким диском компьютера, с одной стороны, а также время вычислений при обработке данных каждой записи, с другой стороны. Для решение этих проблем была введена система индексации записей (программа с divide) с такой же тонкой подстройкой описания параметров, что и для атомов системы csel и cmatch. Количество методов индексации устанавливает администратор при включении каталога в базу данных CATS. Подобный подход в индексации каталогов ускорил поиск и обработку информации в десятки тысяч раз (Verkhodanov et al., 1997с; Верходанов и др., 2005с). Расщепление каталогов на объекты.

Одна из мировых тенденций при создании баз данных — архивирование астрофизической информации по конкретным объектам, т.е. в отличие от CATS, которая развивалась, сохраняя каталоги в их исходном виде, ряд баз данных (см. например, базы данных скоплений галактик (Gubanov, 1997) или физических свойств галактик HyperLeda (Prugniel et al., 2002)) собирает и структуирует информацию по отдельным объектам. Следуя этим тенденциям, мы добавили процедуры работы с S-файлами (в FITS-подобном формате для описания данных радиоспектров (Верходанов и др., 1997а)) в программы нижнего уровня — атомы CATS. Таким образом были представлены и сохранены в CATS результаты отождествлений декаметровых источников (Verkhodanov et al., 2000d; Верходанов и др., 2003b).

3.3. Функции CATS

CATS имеет несколько основных функций, обеспеченных разработанным программным обеспечением (Verkhodanov et al., 1997а,b,с, 1998а, 2000b, 2004b; Truskin et al., 2000, 2001). Выделим некоторые из них:

1. Сохранение данных разнообразных астрофизических каталогов.

2. Предоставление краткого описания и характеристик каждого каталога и распечатка полного списка каталогов, пересекающих заданную площадку неба.

3. Выборка объектов из одного или нескольких каталогов в соответствии с за* данными пользователем критериями, такими, например, как экваториальные и галактические координаты, плотности потоков и спектральные индексы, наблюдаемые частоты, имена каталогов (как в случае компилированных каталогов вроде MASTER.LIST Диксона (Dixon, 1970, 1981)) и тип объекта m если он приводится в каталоге). ,

4. Кросс-идентификация различных каталогов; расчет спектральных индексов по выбранным частотам; оптическое, рентгеновское и инфракрасное отождествление радиоисточников.

5. Построение континуальных радиоспектров, подготовка бумажных копий рисунков со спектрами.

6. Перевод координат с эпохи на эпоху и вычисление видимых мест.

7. Интероперабельность.

Интероперабельность (универсальность) — это свойство системы управления базы данных, заключающееся в возможности использования процедур этой СУБД в других программных средствах. Каждая создаваемая откры тая система должна уметь взаимодействовать с внешним миром. Формально это свойство взаимодействия и есть интероперабельность. CATS, как база данных, реализована с внешним доступом на уровне нескольких протоколов взаимодействия, самый важный из которых в настоящее время — HTTP. Функции и программы, обеспечивающие взаимодействие пользователя с процедурами СУБД, обеспечивают это свойство CATS как на клиентском уровне, так и на уровне взаимодействия с серверами. Рабочие функции CATS второго уровня могут быть вызваны через специально организуемые запросы, и обеспечить обработку и передачу вводимых и выводимых таблиц.

Выдаваемые таблицы CATS (Верходанов и др., 1997а, 2004b) воспринимаются графическими процедурами FADPS (spg, см. Главу 2, (Верходанов, 1997)), таким образом формируя единую цепочку обработки информации.

Построение континуальных радиоспектров в базе данных обеспечивается несколькими процедурами на разных уровнях доступа. На нижнем уровне взаимодействуют процедуры FADPS spg и plgr с данными вывода процедур CATS с sel и с match. На верхнем уровне доступны разработанные А.С.Трушкиной и С.А.Трушкиным Java-процедуры и GIF-процедуры для оперативного построения спектров из многочастотных каталогов.

Предоставление краткого описания и характеристик каждого каталога оформлено на трех уровнях доступа: Web-страницы подготовлены С.А. Трушкиным, а описание для FTP- и SCP-доступа производится администратором в момент ввода нового каталога.

Перевод координат с эпохи на эпоху — одна из функций CATS. Координаты выбираемых объектов могут задаваться на произвольную эпоху, а согласование с эпохой каталога производится специальной утилитой epoch, в которой реализованы алгоритмы, разработанные В.П.Львовым (ГАО РАН).

Две функции, являющиеся принципиальными в селекции объектов: выборку rio параметрам и кросс-идентификацию, связанные с процедурами вычислений, рассмотрим отдельно.

3.3.1. Выборка по параметрам

Как уже упоминалось, для выборки объектов из одного или нескольких каталогов по параметрам, разработана специальная процедура нижнего уровня — атом с5е/, позволяющая настраивать формат ввода для задач выборки из астрофизического каталога. Программа организована так, что, кроме селекции по имеющимся в каталоге параметрам, например, координатам и плотностям потоков (или звездным величинам), она позволяет сортировать поступающие объекты "гнездовым" способом: вокруг источников из выбранного каталога в эллиптической или прямоугольной зоне с заданными полуразмерами выбираются все объекты и объединяются в одно "гнездо", которое помечается при выводе объекта. В предположении единого общего источника излучения и правильного отождествления внутри "гнезда" можно производить выборку по спектральным индексам на заданной частоте. Тип континуального спектра, для которого вычисляется спектральный индекс как наклон касательной, выбирается автоматически. Подобная функция CATS является дополнительной процедурой и при кросс-идентификации списков объектов.

Взаимодействие программ выборки и каталогов и файла описаний cats descr выполняет процедура catssel, распределяющая работу по заданным каталогам. Она обеспечивает взаимодействие между пользовательскими интерфейсными программами и нижним уровнем. Задача выборки по параметрам решается на всех уровнях управления CATS (например, HTTP — см. Рис.3.2).

3.3.2. Кросс-идентификация источников

Кросс-идентификация различных каталогов — один из наиболее важных инструментов CATS, призванных решить проблему поиска первичных кандидатов на отождествление среди источников в каталогах CATS для заданного списка объектов. Кросс-идентификация — это одна из основных процедур в задачах "раскопок данных" (data mining), на которые CATS была ориентирована с момента ее создания.

Кросс-идентификация позволяет выбирать все источники внутри некоторого окна поиска вокруг объектов, задаваемых пользователем. При определении окна отождествления можно выбрать форму (эллипс/прямоугольник) и размер. Кроме того, при работе описываемой процедуры учитываются ошибки определения координат, имеющиеся внутри обрабатываемых списков. Для ряда каталогов (IRAS) ошибки определяются с учетом наклона эллипса диаграммы направленности. Вероятность правильного отождествления объектов может быть оценена процедурой, описанной формулой (2.9).

Взаимодействие программ кросс-идентификации и каталогов и базы данных описаний выполняет процедура cats match, распределяющая задания по выбранным каталогам. Она, как и ранее описанная процедура catssel, обеспечивает взаимодействие между пользовательскими интерфейсными программами и нижним уровнем.

Задача кросс-идентификации по параметрам решается на всех уровнях управления CATS.

3.4. Ввод и вывод: уровни доступа и форматы вывода

Существует шесть уровней доступа к базе данных CATS и ее системе управления:

1. администраторский (с консоли) — доступ ко всем уровням работы с CATS;

2. внутрилабораторный, I (по протоколу SSH) — доступ к программам catsmatch и catssel\

3. внутрилабораторный, II (по протоколу NFS) — доступ к астрофизическим каталогам с других (разрешенных администратором) компьютеров без использования программ управления базой данных;

4. FTP-доступ (ftp://cats.sao.ru) к астрофизическим данным и описаниям для внешнего пользователя;

5. автоматизированный доступ через электронную почту (e-mail: cats@sao.ru — послать пустое письмо), обеспечивающий запуск задач на CATS в "слепой" фоновой пакетной моде с автоматической отправкой результата пользователю;

6. HTTP-доступ (http://cats.sao.ru) как к данным, так и к системе управления CATS: программам выборки и поиска (Рис.3.2).

Для организации доступа к программам catsmatch и catssel В.Н. Чер-ненковым (Черненков и др., 1997) были разработаны интерфейсные CGI-процедуры, обслуживающие клиентские запросы по протоколам SMTP (е-mail) и HTTP, а также программа для синхронизации базы данных описаний cats descr и содержимого форм запроса.

Для запуска процедур CATS с помощью электронной почты разработаны специальные форматы, подробное описание которых можно получить по е-mail, послав пустое письмо по адресу cats@sao.ru).

После выполнения вычислительных запросов пользователю доставляется выводимый результат, записанный в одном из следующих форматов:

• оригинальный (авторский) формат записи данных;

• стандартный формат вывода CATS, общий для всех каталогов и используемый в дальнейшем для анализа параметров радиоспектров; стандартный заголовок FITS TABLE, описывающий выводимые поля, может быть добавлен в отсылаемый файл.

Netscape: CATS search

Rie Edit View Go Bookmarks Options Directory Window Help i Х'Ш a #

Back Home Edit Reload Images Open Print Find

Location: l]http://cats. sao. ru/catssearch. html M

Ш у L« О О

CATS Search

Please choose search method: "Select" or "Match" and Catalogues: AN | Radio (& Pulsars^ | Infra Red | Objects | X-Ray | Selected г; All s Radio - Infra Red X -----------LJ

Selected ^ . Objects l X-Ray J.

Click here to use the match option

About CATS: in Russian or in English [Home] [FTP access to Databascl

Go to authors personal pages: Cftentenf«tv 1/,N„ Itusttkio S.A. or send mail to VeMtodsatov O. V,

SPECIAL ASTROPHVSICAL OBSERVATORY RAS N.Arkhyz, Zhelenchukskij rg., Karachaj-Cherkessian Republic, Russia357147 t [7] 878-78-46267 ~f[7J 878-78-44502 1996 SncciAi Asbwbvsicjl Observatory

-— ' " . .— .и—■ . J

W "* ■ • К t , -« шшшшттшт 1 о 1

Рис.3.2. Стартовая страница базы данных CATS для выборки по параметрам (разработана В.Н. Черненковым и др., 1997). Рисунок опубликован в работе (Verkhodanov et al, 1997с).

Результирующий файл по умолчанию сортируется в порядке возрастания прямого восхождения и может без изменений обрабатываться программой spg системы обработки FADPS.

3.5. Анализ кросс-идентификаций внутри CATS

Рассмотрим возможности использования процедур выборки объектов на основе двух исследований, проведенных в рамках базы данных CATS: отождествление декаметровых радиоисточников, координаты которых имеют большие боксы ошибок (Verkhodanov et al., 2000d; Верходанов и др., 2003b) и исследование объектов кросс-идентификации радио и инфракрасных каталогов (Верходанов и др., 2003с). По результатам этих исследований получены новые списки галактик с крутыми радиоспектрами.

3.5.1. Отождествление декаметровых радиоисточников

Каталог 1822 радиоисточников, полученный с помощью телескопа УТР (Харьков) Врауде и др. (Braude et al., 1978-1994) на частотах декаметрово-го диапазона 10, 12.6, 14.7, 16.7, 20 и 25 МГц, покрывает около 30% неба и является самым низкочастотным каталогом, доступным в настоящее время. Поэтому, используя данные этого каталога, можно провести отождествления объектов в низкочастотной области и построить их спектры либо получить верхние границы плотностей потока в декаметровом диапазоне волн для источников Северного неба. Оригинальные публикации не дают информации об отождествлении для 121 (7%) источников, а для большинства источников (81%) отсутствуют оптические отождествления.

Наша цель состояла в том, чтобы идентифицировать по возможности все УТР объекты с известными радиоисточниками. Кросс-идентификация и дальнейшие исследования позволили нам как уточнить положения радиоисточников, так и получить их радиоспектры. По новым координатным данным для ряда объектов удалось провести оптические отождествления с объектами цифрового Паломарского Атласа. Данные о спектрах позволили построить выборки источников в декаметровом диапазоне в зависимости от морфологии спектра, например, выборки источников с крутыми спектрами.

Чистка данных.

Проблема построения спектров радиоисточников каталога УТР, обнаруженных на Харьковском Т-образном радиотелескопе (Брауде и др., 1996) в декаметровом диапазоне волн (10 МГц, 12.6 МГц, 14.7 МГц, 16.7 МГц, 20 МГц, 25 МГц), связана прежде всего с отождествлением источников в больших боксах ошибок, в данном случае в окне 40'x40'cosec полученных при кросс-идентификации в базе данных CATS (Verkhodanov et al., 1997a). Для решения этой проблемы мы применили интерактивную обработку радиоспектров (Верходанов и др., 1997b), полученных путем кросс-идентификации объектов УТР каталога с источниками базы данных CATS с окном отождествления 40 минут дуги. Характеристики основных каталогов, используемых при отождествлении, приводятся в Таблице 3.1.

Чистка спектров производилась программой spg (Верходанов, 1997) по отработанной методике (Верходанов й др., 1997b). При чистке удалялись источники, спектры которых не достигают точек каталога УТР при аппроксимации стандартными кривыми. Поиск предполагаемых кандидатов на отождествление состоял из нескольких шагов: 1. Производилась кросс-идентификация объектов каталога УТР (Braude et al., 1978-1994) с основными радиокаталогами базы данных CATS (Verkhodanov

1. Была проведена кросс-идентификация с объектами каталогов рентгеновского спутника ROSAT и инфракрасного спутника IRAS.

2. Статистический анализ VLA карт декаметровых источников.