Діагностика та моделювання світіння небулярних середовищ

Тип: На вибір ВУЗу

Кафедра: астрофізики

Навчальний план

СеместрКредитиЗвітність
113Залік

Лекції

СеместрК-сть годинЛекторГрупа(и)
1116ст. наук. співробітник Мелех Б. Я.ФзТм-61м, ФзАм-61м, ФзФм-61м

Лабораторні

СеместрК-сть годинГрупаВикладач(і)
1116ФзФм-61мКошмак І. О.
ФзАм-61мст. наук. співробітник Мелех Б. Я.
ФзТм-61мст. наук. співробітник Мелех Б. Я.

Опис навчальної дисципліни

Курс покликаний викласти студентам основи фізики світіння небулярних середовищ (газових туманностей). Дуже низька концентрація небулярної плазми спричиняє важливість процесів випромінювання при переходах навіть з метастабільних рівнів, а тому така плазма відноситься до не-ЛТР середовищ. З цієї точки зору астрофізичні об’єкти (планетарні туманності, зони НІІ, дифузний іонізований газ тощо) є унікальними природними лабораторіями (які важко реалізувати в земних лабораторіях) для атомної фізики. Тому даний спецкурс зорієнтований на студентів-магістрів спеціальності 104 Фізика та астрономія всіх спеціалізацій, а не лише астрофізичних.
Оскільки з задачами фізики небулярних середовищ пов’язані такі інші напрямки досліджень в астрофізиці як визначення вмісту первинного гелію, тестування алгоритмів хемодинамічних симуляцій еволюції галактик різних типів та визначення параметрів їх обертання тощо, то вирішення сучасних проблем в фізиці небулярних середовищ приведе до вагомих впливів на вищезгадані напрямки досліджень в інших галузях астрофізики.
Тому вивчення цього курсу на сучасному рівні є надзвичайно корисним у підготовці студентів-магістрів спеціальності 104 Фізика та астрономія, здатних ще на етапі навчання підключитися до розв’язків актуальних проблем різних напрямів астрофізики та атомної фізики.

Мета:

  • Дати огляд елементарних процесів у небулярній плазмі.
  • Дати студентам поглиблений огляд методів діагностики світіння небулярного газу та моделювання світіння газопилових туманностей.
  • Показати застосування діагностичних та модельних методів світіння небулярних середовищ різних типів до визначення їх хімічного складу та до задач атомної спектроскопії.
  • Показати взаємозв’язок між центральними об’єктами газових туманностей різних типів та їх оболонок.
  • Підготувати майбутніх магістрів до роботи у наукових групах, що займаються розв’язком актуальних проблем небулярної астрофізики вже під час навчання.

Завдання:

  • Навчити студентів розуміти основні елементарні процеси у небулярній плазмі.
  • Дати студентам детальний опис сучасних діагностичних методів дослідження небулярних середовищ з описом їх переваг та недоліків.
  • Описати сучасні методики визначення поля іонізуючого випромінювання у газових туманностях залежних і незалежних від моделі іонізуючого джерела.
  • Описати сучасні алгоритми розрахунку фотоіонізаційних моделей світіння газових туманностей у різних геометріях.
  • Описати сіткові модельні методи і їх застосування для виводу виразів для іонізаційно-корекційних множників, що враховують неспостережувані стадії іонізації у газових туманностях.
  • Описати методи пошуку оптимальних фотоіонізаційних моделей світіння небулярних середовищ.
  • Описати методики врахування наявності пилу у іонізованій і нейтральних частинах газопилових туманностей.
  • Описати ударно-хвильовий механізм збудження світіння небулярного газу та способи оцінки його ефективності у реальних небулярних середовищах.
  • Описати алгоритми хемодинамічних симуляцій процесів зореутворення і їх тестування за допомогою мультикомпонентного фотоіонізаційного моделювання.
  • Показати як сучасні методи досліджень небулярних середовищ використовуються для виведення фізичних характеристик та хімічного складу небулярних середовищ.
  • Показати прикладне застосування результатів дослідження фізичних характеристик та хімічного складу різних типів небулярних об’єктів в інших розділах фізики та астрофізики: дослідження заборенених ліній, визначення вмісту первинного гелію, градієнту розподілу вмісту важких елементів за об’ємом галактик тощо.

В результаті вивчення даного курсу студент повинен
Знати:

  • основні сучасні методи визначення атомних даних для небулярної спектроскопії;
  • діагностичні та модельні методи визначення фізичних характеристик та хімічного складу небулярних середовищ різного типу;
  • алгоритми розрахунку фотоіонізаційних та ударно-хвильових моделей світіння небулярних середовищ;
  • основні підходи до врахування наявності пилу при описі фізичних умов у небулярній плазмі;
  • алгоритми проведення хемодинамічних симуляцій процесів зореутворення;
  • результати сучасних досліджень планетарних тумманостей, зон НІІ та інших типів небулярних середовищ;
  • вплив досліджень в області фізики газових туманностей на інші напрямки астрофізики.

Вміти:

  • проводити діагностику світіння небулярних об’єктів різними діагностичними методами, знати який метод у випадку дослідження конкретної газової туманності можна застосовувати, а який ні;
  • оцінювати роль фотоіонізаційного та ударно-хвильового механізму збуджень світіння газових туманностей за результатами їх спектроскопічних спостережень;
  • застосовувати чисельні методи у конкретних астрофізичних задачах;
  • працювати з програмою фотоіонізаційного моделювання світіння небулярних об’єктів Cloudy;
  • працювати з програмою симуляції спалаху зореутворення Starburst99 та програмами хемодинамічних симуляцій;
  • визначати хімічний склад у газових туманностях;
  • будувати мультикомпонентні моделі світіння небулярних середовищ та визначати модельний спектр у напрямку на спостерігача;
  • розраховувати оптимальні фотоіонізаційні моделі світіння різноманітних небулярних середовищ та визначати похибки оптимальних значень їх вільних параметрів;
  • визначати вміст первинного гелію та темп його збагачення в процесі хімічної еволюції речовини за наявності хімічного складу зон НІІ та планетарних туманностей, а також здійснювати оцінку достовірності отриманого результату.

Рекомендована література

Базова:

  • Aller L.H. “Gaseous Nebulae” 2nd edition, Reidel, Dordrecht, 333 p. (1983).
  • Osterbrock D.E., Ferland G.J. “Astrophysics of the Gaseous Nebulae and Active Galactic Nebulae” Second Edition, UNIVERSITY SCIENCE BOOKS, Sausalito, California, 461 p. (2005).
  • Аллер А. “Атомы, звезды и туманности”, Изд. “Мир”, Москва (1976), 352 с.
  • В.В.Головатый, Ю.Ф. Мальков “Современная фотоионизационная модель свечения планетарной туманности. Краткое описание”, Институт теоретической физики АН Украины, Киев (1991), 41с.
  • Головатий В.В., Мелех Б.Я., Гаврилова Н.В. “Фізика газових туманностей. Лабораторний практикум”, Видавничий центр Львівського національного університету імені Івана Франка, Львів (2006), 78 с.
  • Собельман И.И. “Введение в теорию атомных спектров”, Физматгиз, Москва (1963), 640 с.
  • Dopita M.A., Sutherland “Diffuse Matter in the Universe”, SPIN Springer’s, (2001), 350 p.
  • Ferland G.J. “Hazy 1. A brief introduction to Cloudy. Introduction and commands (version 05.07)”, Department of Physics and Astronomy, University of Kentucky, Lexington, (2005), 221p., http://www.nublado.org
  • Ferland G.J. “Hazy 2. A brief introduction to Cloudy 96. Computational methods”, Department of Physics and Astronomy, University of Kentucky, Lexington, (2005), 361 p., http://www.nublado.org
  • Ferland G.J. “Hazy 3. A brief introduction to Cloudy 96. Results, enviroment”, Department of Physics and Astronomy, University of Kentucky, Lexington, (2005), 543 p., http://www.nublado.org

Інформаційні ресурси:

  • http://adsabs.harvard.edu

Матеріали

  • Головатий В.В., Мелех Б.Я., Гаврилова Н.В. “Фізика газових туманностей”, лаб. практикум, Львів, ЛНУ ім. І. Франка, 2006.
  • Головатий В.В., Мелех Б.Я., Гаврилова Н.В. “Фізика газових туманностей”, лаб. практикум, Львів, ЛНУ ім. І. Франка, 2013.

Навчальна програма

Завантажити навчальну програму