Концептуальные модели данных в отождествлении физических свойств пульсаров на вековом масштабе ФИАН
advertisement
Концептуальные модели данных в отождествлении физических свойств пульсаров на вековом масштабе А.Е.Авраменко Пущинская Радиоастрономическая обсерватория ФИАН RCDL’2012 Переславль-Залесский 15-18 октября 2012 г. Neutron Stars and Pulsars: Challenges and Opportunities Neutron Stars and Pulsars: Challenges and Opportunities Оцениваемая по существующим методикам стабильность наблюдаемого периодического излучения пульсаров намного, на несколько порядков уступает характеристикам современных атомных стандартов времени: На 2-3 порядка - для миллисекундных пульсаров; На 5-6 порядков - для секундных пульсаров Существующие оценки стабильности основаны на статистическом анализе моментов наблюдаемых событий и не учитывают наблюдаемые параметры вращения пульсара, которые, и только они, реально определяют стабильность периодического излучения пульсаров. Из Архива достижений по тематике «Галактика», 2011 год: На основе анализа характеристик 300 радиопульсаров было открыто существование 1000-летней цикличности в замедлении их вращения. Это явление, по-видимому, связано со сложным вращением нейтронной звезды, прецессирующей вокруг направления своего магнитного момента. Открытый эффект объясняет аномально большие наблюдаемые значения индексов торможения пульсаров, а также известные расхождения оценок их возрастов с возрастами соответствующих им остатков сверхновых. Опубликовано: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society MNRAS, 2012, v.420, p.103 Задача: Моделированием наблюдательных данных оценить стабильность вращения пульсаров, которая соответствует реальным характеристикам наблюдаемого периодического излучения пульсаров Концептуальные модели данных. Общие положения Определение Адекватное отображение понятий и сущностных отношений предметной области на основе анализа природы и свойств объектов, смысл которых раскрывается через доступные наблюдениям признаки, содержащиеся в наблюдательных данных. Критерий адекватности модели Максимальное сближение отождествляемых физических свойств предметной области с признаками, содержащимися в наблюдательных данных. Отождествление физические свойства пульсаров: Отыскание наилучшего соответствия наблюдаемых параметров вращения и физических свойств процесса периодического излучения пульсаров. Субъектное представление свойств моделируемой предметной области Пульсар есть намагниченная нейтронная звезда. Пульсар – это вращающийся магнитный диполь. Пульсары излучают регулярно повторяющиеся радиоимпульсы с периодом в диапазоне 1,5 мс-8,5 с. Период излучения пульсара определен вращением магнитного диполя. Вращение пульсара постепенно замедляется. События излучения пульсара наблюдаемы в любой точке галактического пространства. Наблюдатель фиксирует моменты событий излучения по часам местного времени выбранной системы отсчета. Моменты наблюдаемых событий подвержены влиянию случайных внешних факторов, которые не связаны с вращением звезды. Концептуальные модели данных в отождествлении физических свойств пульсаров Критерии достоверности результатов моделирования: • Метрическая эквивалентность наблюдаемых величин в выбранных системах отсчета времени-пространства • Инвариантность моделей данных в координатных системах наблюдений • Прогнозируемость и воспроизводимость параметров вращения пульсаров на вековой протяженности наблюдений • Согласованность наблюдаемых параметров вращения пульсаров физически значимым соотношениям их величин. Следствие: Самотестирование результатов моделирования наблюдательных данных, обнаруживающее и исключающее аномальные систематические и случайные ошибки Векторное уравнение моментов прихода импульсов (МПИ) наблюдаемых событий излучения пульсара (Murray, 1983). Метрика общей теории относительности (ОТО) • Численные значения топоцентрических t obs и барицентрических tB МПИ находятся в виде приближенных решений уравнений Эйнштейна в метрике ОТО на основе численных планетных эфемерид • Векторное уравнение неоднородно: релятивистские эффекты и дисперсионная задержка импульса излучения учитываются в виде дополнительных поправок • Параметры вращения в векторном уравнении отсутствуют и не могут учитываться при определении t obs Интервалы наблюдаемых событий периодического излучения. Метрика специальной теории относительности (СТО) Уравнения интервалов (1)-(3), отсчитываемых от произвольно выбранной начальной эпохи, инвариантны в координатных системах; Численные значения интервалов определяются наблюдаемыми параметрами вращения – периодом Р* и производной на текущую эпоху наблюдений Стабильность, прогнозируемость параметров вращения на вековом масштабе • Уравнение (1) имеет единственное решение, которым являются значения наблюдаемого периода на начальную эпоху и производная, величина которой постоянна на вековом масштабе • Значения наблюдаемого периода и производной являются взаимно согласованными: такое и только такое сочетание численных величин параметров вращения определяет тождественность физического процесса излучения пульсара, наблюдаемого в любой координатной системе Согласованность наблюдаемых параметров вращения. Когерентность периодического излучения пульсара Согласованность параметров вращения обнаруживает свойство когерентности (фазовой детерминированности) периодического излучения пульсара, наблюдаемого в любой координатной системе галактического пространства. Выявляемые параметрической моделью случайные вариации интервалов на 5-6 порядков меньше нестабильности, оцениваемой статистическими методами. Относительная величина вариаций не превышает 10‾17 -10‾18 на 40летнем промежутке наблюдений, что как минимум на 2-3 порядка превосходит точность атомных шкал времени. Вторая производная периода вращения третий параметр модели интервалов наблюдаемых событий Наблюдаемые параметры вращения пульсаров Период вращения по параметрической модели определен с большей, на 1-3 порядка, точностью, чем в каталогах,что соответствует достижимой точности интервалов в модели. Значения производной совпадают с каталогами. Вторая производная по Каталогу ATNF [2] расходится на несколько порядков по величине и не совпадает по знаку с наблюдениями, за счет аномальных статистических погрешностей, тогда как в принятой параметрической модели случайные погрешности не достигают значимых величин. Согласованность параметров вращения по критерию торможения (Braking index) Заключение • Определены параметрические модели пульсарных данных, связывающие интервалы наблюдаемых событий излучения с периодом вращения пульсара. Подтверждена эквивалентность метрики общей (ОТО) и специальной (СТО) теории относительности, тождественность наблюдаемых параметров вращения в координатных системах и когерентность периодического излучения пульсаров на вековом масштабе наблюдений. • Показано, что точность определения интервалов наблюдаемых событий по параметрической модели на 5-6 порядков лучше, чем по традиционным статистическим оценкам, и на 1-2 порядка превосходит достижимую точность современных атомных стандартов . • Наблюдаемые параметры вращения согласованы по показателю торможения, который находится в пределах диапазона 1 < n < 2, характерного для пульсара как магнитного диполя. Вековое замедление вращения пульсара не нарушает когерентности его периодического излучения. Вывод: Пульсары действительно являются непревзойденными по точности и стабильности природными эталонами времени на неограниченной протяженности наблюдений в любой точке галактического пространства
