Фрактальная размерность звездных скоплений.
Авторы
DOI:
https://doi.org/10.31489/2024No3/108-116Ключевые слова:
звездное скопление, фрактальная размерность, box-покрытие, эффективность звездообразованияАннотация
Количественный анализ структуры звездных скоплений имеет решающее значение для понимания их формирования и эволюции. В этой статье мы исследуем применение анализа фрактальной размерности для изучения эволюции звездных скоплений, а также фрактальную размерность, концепцию из фрактальной геометрии, которая обеспечивает количественную оценку сложности и самоподобия геометрических объектов. Рассматривая звездные скопления как сложные сети, мы используем метод box-covering для вычисления их фрактальной размерности. Наша методология сочетает в себе хорошо зарекомендовавшие себя методы minimum spanning tree (MST) и box-covering (BC), и с помощью этих методов была определена фрактальная структура скоплений. Было обнаружено, что звездные скопления распадаются при фрактальной размерности 1.3 и подчиняются степенному закону. Следует отметить, что полученный результат был сопоставлен с результатами McLuster.
Библиографические ссылки
Portegies Zwart S. F., McMillan S. L., Gieles M. (2010). Young massive star clusters. Annual review of astronomy and astrophysics, 48(1), 431-493. DOI:10.1146/annurev-astro-081309-130834.
Lada C.J., Lada E.A. (2003) Embedded clusters in molecular clouds. Annual Review of Astronomy and Astrophysics, 41(1), 57-115. DOI: 10.1146/annurev.astro.41.011802.094844.
Krumholz M.R., McKee C.F., Bland-Hawthorn J. (2019) Star clusters across cosmic time. Annual Review of Astronomy and Astrophysics, 57(1), 227-303. DOI: 10.1146/annurev-astro-091918-104430.
Rahner D., Pellegrini E.W., Glover S.C., Klessen R.S. (2019) WARPFIELD 2.0: feedback-regulated minimum star formation efficiencies of giant molecular clouds. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 483(2), 2547-2560. DOI: 10.1093/mnras/sty3295.
McLeod A.F., Ali A.A., Chevance M., Della Bruna L., Schruba A., Stevance H.F., Zeidler P. (2021) The impact of pre-supernova feedback and its dependence on environment. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 508(4), 5425-5448. DOI: 10.1093/mnras/stab2726.
Banerjee S., Kroupa P. (2013) Did the infant R136 and NGC 3603 clusters undergo residual gas expulsion? The Astrophysical Journal, 764(1), 29. DOI: 10.1088/0004-637X/764/1/29.
Grasha K., Calzetti D., Adamo A., Kennicutt R.C., Elmegreen B.G., Messa M., Meidt S.E. (2019) The spatial relation between young star clusters and molecular clouds in M51 with LEGUS. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 483(4), 4707-4723. DOI: 10.1093/mnras/sty3424.
Kennicutt Jr.R.C. (1989) The star formation law in galactic disks. Astrophysical Journal, Part 1, 344, 685-703. DOI: 10.1086/167834.
Krause M.G., Offner S.S., Charbonnel C., Gieles M., Klessen R.S., Vázquez-Semadeni E., Zinnecker H. (2020) The physics of star cluster formation and evolution. Space Science Reviews, 216, 1 - 46. DOI: 10.1007/s11214-020-00689-4.
Murray N. (2011) Star formation efficiencies and lifetimes of giant molecular clouds in the Milky Way. The Astrophysical Journal, 729, 2, 133. doi: 10.1088/0004-637X/729/2/133.
Higuchi A.E., Kurono Y., Saito M., Kawabe R. (2009) A mapping survey of dense clumps associated with embedded clusters: evolutionary stages of cluster-forming clumps. The Astrophysical Journal, 705(1), 468. doi: 10.1088/0004-637X/705/1/468.
Kruijssen J.D., Schruba A., Chevance M., Longmore S.N., Hygate A.P., Haydon D.T., van Dishoeck E.F. (2019) Fast and inefficient star formation due to short-lived molecular clouds and rapid feedback. Nature, 569(7757), 519-522. DOI: 10.1038/s41586-019-1194-3.
Lada C.J., Margulis M., Dearborn D. (1984) The formation and early dynamical evolution of bound stellar systems. Astrophysical Journal, 285, 141-152. DOI:10.1086/162485.
Baumgardt H., Kroupa P. (2007) A comprehensive set of simulations studying the influence of gas expulsion on star cluster evolution. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 380(4), 1589-1598. DOI: 10.1111/j.1365-2966.2007.12209.x.
Geyer M.P., Burkert A. (2001) The effect of gas loss on the formation of bound stellar clusters. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 323, 4, 988 – 994. DOI: 10.1046/j.1365-8711.2001.04257.x.
Shukirgaliyev B., Parmentier G., Berczik P., Just A. (2017) Impact of a star formation efficiency profile on the evolution of open clusters. Astronomy & Astrophysics, 605, A119. DOI: 10.1051/0004-6361/201730607.
Shukirgaliyev B., Otebay A., Sobolenko M., Ishchenko M., Borodina O., Panamarev T., Just A. (2021) Bound mass of Dehnen models with a centrally peaked star formation efficiency. Astronomy & Astrophysics, 654, A53, DOI: 10.1051/0004-6361/202141299.
Lada C.J., Lada E.A. (2003) Embedded clusters in molecular clouds. Annual Review of Astronomy and Astrophysics, 41(1), 57-115. DOI:10.1146/annurev.astro.41.011802.094844.
Bastian N., Covey K.R., Meyer M.R. (2010) A universal stellar initial mass function? A critical look at variations. Annual Review of Astronomy and Astrophysics, 48(1), 339-389. DOI:10.1146/annurev-astro-082708-101642.
Grasha K., Calzetti D., Adamo A., Kim H., Elmegreen B.G., Gouliermis D.A., Ubeda L. (2017) The hierarchical distribution of the young stellar clusters in six local star-forming galaxies. The Astrophysical Journal, 840(2), 113. DOI: 10.3847/1538-4357/aa6f15.
Lahén N., Naab T., Johansson P. H., Elmegreen B., Hu C. Y., Walch S., Moster B.P. (2020) The GRIFFIN Project—Formation of Star Clusters with Individual Massive Stars in a Simulated Dwarf Galaxy Starburst. The Astrophysical Journal, 891(1), 2. DOI:10.3847/1538-4357/ab7190.
Komjáthy J., Molontay R., Simon K. (2019) Transfinite fractal dimension of trees and hierarchical scale-free graphs. Journal of Complex Networks, 7 (5), 764-791. DOI: 10.1093/comnet/cnz005.
Mandelbrot B.B. (1983) The fractal geometry of nature. 286. Revised and enlarged edition. New York. DOI:10.1119/1.13295.
Kim J.S., Goh K.I., Kahng B., Kim D. (2007) A box-covering algorithm for fractal scaling in scale-free networks. Chaos: An Interdisciplinary Journal of Nonlinear Science, 17(2). DOI: 10.1063/1.2737827.
Wen T., Cheong K.H. (2021) The fractal dimension of complex networks: A review. Information Fusion, 73, 87-102. DOI: 10.1016/j.inffus.2021.02.001.
Barrow J.D., Bhavsar S.P., Sonoda D.H. (1985) Minimal spanning trees, filaments and galaxy clustering. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 216(1), 17-35. DOI:10.1093/mnras/216.1.17.
Bonanno G., Caldarelli G., Lillo F., Mantegna R.N. (2003) Topology of correlation-based minimal spanning trees in real and model markets. Physical Review E, 68(4), 046130. DOI: 10.1103/ PhysRevE.68.046130.
Bhavsar S.P., Ling E.N. (1988) II. Large-Scale Distribution of Galaxies: Filamentary Structure and Visual Bias. Publications of the Astronomical Society of the Pacific, 100(633), 1314. DOI:10.1086/132325.
Libeskind N.I., Van De Weygaert R., Cautun M., Falck B., Tempel E., Abel T., Yepes G. (2018) Tracing the cosmic web. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 473(1), 1195-1217. DOI:10.48550/arXiv.1705.03021 .
Allison R.J., Goodwin S.P., Parker R.J., De Grijs R., Zwart S.F.P., Kouwenhoven M.B.N. (2009) Dynamical mass segregation on a very short timescale. The Astrophysical Journal, 700(2), L99. DOI:10.1088/0004-637X/700/2/L99.
Naidoo K., Whiteway L., Massara E., Gualdi D., Lahav O., Viel M., Font-Ribera A. (2020). Beyond two-point statistics: using the minimum spanning tree as a tool for cosmology. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 491(2), 1709-1726. DOI:10.1093/mnras/stz3075.
Plummer H.C. (1911) On the problem of distribution in globular star clusters. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 71, 460-470. DOI: 10.1093/mnras/71.5.460.
Zhanabaev Z., Ussipov N., Khokhlov S. (2021) Scale-invariant and wave nature of the Hubble parameter. Eurasian Physical Technical Journal, 18(2 (36)), 81-89. DOI:10.13140/RG.2.2.31792.61449/1.
Küpper A.H., Maschberger T., Kroupa P., Baumgardt H. (2011) Mass segregation and fractal substructure in young massive clusters–I. The McLuster code and method calibration. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 417(3), 2300-2317. DOI: 10.1111/j.1365-2966.2011.19412.x.
