Опис навчальної дисципліни

Курс покликаний викласти студентам основи фізики світіння небулярних середовищ (газових туманностей). Оскільки з задачами фізики газових туманностей 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 газових туманностей приведе до вагомих впливів на вищезгадані напрямки досліджень в інших галузях астрофізики. Тому вивчення цього курсу є надзвичайно корисним у підготовці студентів астрономів на сучасному рівні, здатних ще на етапі навчання підключитися до розв’язків актуальних проблем різних напрямків астрофізики.

Мета:

• Дати огляд елементарних процесів у небулярній плазмі.
• Дати студентам поглиблений огляд проблем діагностики світіння небулярного газу та моделювання світіння газопилових туманностей.
• Показати застосування діагностичних методів та моделювання світіння газових туманностей різних типів до визначення їх хімічного складу.
• Показати взаємозв’язок між центральними об’єктами газових туманностей різних типів та їх оболонок.
• Підготувати майбутніх бакалаврів в області астрофізики небулярних середовищ до розв’язку її актуальних проблем вже під час навчання.

Завдання:

• навчити студентів розуміти основні елементарні процеси у небулярній плазмі;
• дати студентам детальний огляд сучасних діагностичних методів дослідження небулярних середовищ з описом їх переваг і 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 планетарних туманностей, оболонок нових та симбіотичних зір, залишків наднових, високо і низькометалічних зон НІІ, а також околиць активних ядер галактик;
• показати прикладне застосування результатів дослідження фізичних характеристик та хімічного складу різних типів небулярних об’єктів у інших розділах астрофізики: 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;
• аналізувати належність віддаленої газової туманності до відповідного типу небулярних об’єктів за результатами їх спектроскопічних спостережень;
• 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 програмами фотойонізаційного моделювання світіння небулярних об’єктів Cloudy, PAN, Mapping та Mocassin;
• працювати з програмою симуляції спалаху зореутворення Starburst99 та програмами хемодинамічних симуляцій;
• виводити вирази для іонізаційно-корекційних множників і визначати за ними та результатами діагностики хімічний склад елементів 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.