Бердина Л.И., Цветкова В.С., Шульга В.М. «Реверберационные отклики в кривых блеска квазара Q2237+0305» Радиофизика и радиоастрономия (Украина), 23, № 4, с. 235-243 (2018)

Предмет и цель работы: Изучение пространственной структуры квазара гравитационно-линзовой системы Q2237+0305 в оптическом диапазоне; оценка массы центральной черной дыры. Методы и методология: Применен метод реверберационного картирования, предполагающий измерение времени запаздывания между колебаниями собственного блеска квазара в разных спектральных диапазонах. Использованы кривые блеска макроизображений системы Q2237+0305 в спектральных полосах V (λ_eff=547.7 нм) и R (λ_eff=634.9 нм) фотометрической системы Джонсона–Коузинса. Метод реверберационного картирования позволяет получать прямые оценки расстояний между областями квазара, ответственными за излучение в выбранных спектральных диапазонах.Результаты: Получена оценка времени запаздывания между кривыми блеска в спектральных полосах V и R, составляющая 5.58±1.69 сут, что более чем на порядок превосходит значение запаздывания, предсказываемое стандартной моделью тонкого аккреционного диска Шакуры–Сюняева. В качестве возможной причины высказывается предположение, что стандартная модель диска не совсем точно описывает реальную картину. Заключение: Столь большое время запаздывания означает, что реверберационные отклики возникают в протяженных структурах, располагающихся за пределами аккреционного диска. Предположение о существовании вокруг аккреционного диска некоторой протяженной структуры, эффективно излучающей в оптическом диапазоне, неоднократно высказывалось в ряде работ, посвященных анализу аномалий отношения блеска и событий микролинзирования в гравитационно-линзированных квазарах. Аболмасов и Шакура показали аналитически, что для некоторых квазаров возможен сверхэддингтоновский режим аккреции, приводящий к образованию некоторой оболочки, которая рассеивает излучение от диска, увеличивая таким образом его видимые размеры. Для дальнейшего развития работ по исследованию пространственной структуры квазара Q2237+0305 методом реверберационного картирования предполагается использовать кривые блеска в спектральной полосе I. Это обеспечит две дополнительные спектральные базы, что позволит исследовать характер зависимости размера рассматриваемой структуры от длины волны.

Вавилова И.Б., Элыив А.А., Василенко М.Ю. «За зоной избегания Млечного пути: что можно воссоздать прямыми и непрямыми методами?» Радиофизика и радиоастрономия (Украина), 23, № 4, с. 244-257 (2018)

Предмет и цель работы: Представить краткий обзор методов, которые применяются для восстановления распределения крупномасштабных структур Вселенной за зоной избегания (ZoA) Млечного Пути; предложить новый «алгоритм штопки зоны избегания» и новый подход, основанный на Генерирующих состязательных сетях (GAN) для восстановления распределения галактик в ZoA с использованием оптических обзоров в качестве дополнительной платформы для программирования искусственных нейронных сетей. Методы и методология: Благодаря мониторинговым наблюдениям всего неба в радио (проект DOGS, наблюдение в линии HI), инфракрасном (IRAS и 2MASS обзоры) и рентгеновском спектральных диапазонах, ZoA «уменьшилась» в размерах и закрывает от наблюдателя около 10% пространственного распределения галактик в оптическом диапазоне. Измерения реликтового излучения (CMB) показали асимметрию в 180°, известную как диполь: несмотря на то, что результирующий вектр находится в пределах 20° наблюдаемого диполя CMB, расчеты остаются весьма неоднозначными, отчасти потому, что не учитываются галактики в ZoA и концепция «аттракторов» требует пересмотра. На сегодняшний день анализ пространственного распределения галактик и их групп в областях, окружающих зону избегания галактик, остается сложной и нерешенной проблемой, а оценка «невидимого» пространственного распределения галактик, которое закрывает от наблюдателя зона поглощения, – крайне своевременной. Для восстановления распределения галактик в ZoA можно использовать косвенные методы, включая методы обработки сигналов, применяемые к скрытым и неполным данным; методы мозаики Вороного и т.д. Эти методы восстановления, однако, работают только для крупномасштабных структур в зоне избегания галактик; они практически не чувствительны к отдельным галактикам и малонаселенным скоплениям галактик. Одним из решений является использование методик машинного обучения, например GAN, для моделирования «невидимого» пространственного распределения галактик за этой зоной. Результаты: Предлагается новый подход, названный нами «алгоритм штопки зоны избегания», для разбивания существующих внегалактических обзоров (например, SDSS DR 14) на срезы в зависимости от красного смещения, звездных величин, координат и других параметров для формирования тренировочной выборки машинного обучения, а также описываем общую схему GAN метода для применения к восстановлению ZoA. Мы обсуждаем основные задачи генерирования искусственных распределений галактик и их свойств в ZoA и описываем, как дискриминационная сеть будет сравнивать полученное распределение с реальным и оценивать его реалистичность.

Самодуров В.А., Павлов С.Ю., Тюрин В.А., Зайцев А.Ю., Исаев Е.А., Позаненко А.С., Логвиненко С.В., Орешко В.В., Думский Д.В., Беляцкий Ю.А., Первухин Д.В., Грохлина Т.И. «Разработка методики обработки данных круглосуточного обзора БСА ФИАН на частоте 110 МГц методами высокопроизводительных вычислений» Радиофизика и радиоастрономия (Украина), 23, № 4, с. 258-267 (2018)

Предмет и цель работы: Цель работы – разработка работоспособной методики быстрой обработки больших массивов радиоастрономических данных для поиска откликов на внегалактические транзиентные события, которые априори должны иметь большие дисперсионные задержки (DM ∼100–2000 пк·см^–3). В качестве тестового образца использованы записи 20-суточных непрерывных наблюдений приполярной зоны небесной сферы площадью около 8 квадратных градусов и отдельные файлы с повторяющимся быстрым радиовсплеском FRB 121102. Методы и методология: Радиотелескоп БСА ФИАН имеет многолучевую диаграмму, способную круглосуточно наблюдать в 96 лучах в диапазоне склонений от –8 до +42° в частотном диапазоне 109–111.5 МГц. Число частотных полос – от 6 до 32, постоянная времени изменяется в пределах от 0.1 до 0.0125 с. В режиме записи 32 частотных полос с постоянной времени 0.0125 с каждый час записывается 3.4 ГБ данных, в сутки – 87 ГБ, в год – 32 ТБ. На август 2018 г. накоплено около 120 ТБ данных. Обработка такого объема данных для ряда научных задач настоятельно требует использования технологий высокопроизводительных вычислений. Результаты: В работе предлагаются два способа обработки данных: с использованием графических процессоров (CPU+GPU, расчет на языке программирования C/C++ с использованием OpenCL) и при помощи кластерных вычислений (с использованием интерфейса передачи сообщений MPI на многопроцессорных узлах). Для отработки методики используются как обработка пульсарных данных (использование графических ускорителей позволяет увеличить скорость обработки на 2–3 порядка), так и поиск откликов на внегалактические транзиентные события, которые априори должны иметь большие дисперсионные задержки. В качестве примеров таких событий можно назвать быстрые радиовсплески (FRB), отклики на гамма-всплески (GRB) и, наконец, возможные отклики на гравитационные события, зафиксированные детекторами LIGO. После обработки приполярной зоны было обнаружено 697 кандидатов в импульсные события с высокими мерами дисперсии. Примерно половина из них вызвана техногенными помехами, оставшаяся часть порождена как обычными межпланетными мерцаниями радиоисточников, так и возможными искомыми FRB. Разделить эти два класса событий пока затруднительно. Обработка данных наблюдений в зоне всплеска FRB 121102 также показывает наличие кандидатов в события. Результаты требуют более тщательного анализа. Заключение: После окончательной отработки методика высокопроизводительных вычислений позволит обрабатывать данные наблюдений с использованием многолучевой диаграммы БСА ФИАН сразу же после их записи.

Резниченко А.И., Колосков А.В., Ямпольский Ю.М. «Мониторинг регулярных и спорадических ионосферных вариаций на односкачковых ВЧ радиолиниях» Радиофизика и радиоастрономия (Украина), 23, № 4, с. 266-279 (2018)

Предмет и цель работы: Диагностика регулярных и спорадических ионосферных вариаций с использованием систематического когерентного мониторинга спектральных характеристик пробных ВЧ сигналов на наклонных односкачковых радиолиниях. Методы и методология: Регистрация сигналов станции Службы точного времени и частоты проводилась на частоте 9.996 МГц в течение полного 2013 года в двух приемных пунктах – в Низкочастотной обсерватории Радиоастрономического института НАН Украины (с. Мартовое, Харьковской области) и в г. Тромсе (Норвегия). Регистрировались энергетические спектры, по которым оценивались вариации интенсивности и доплеровского смещения частоты (ДСЧ) пробного излучения. Временные ряды информационных характеристик сигналов сопоставлялись с независимыми оценками критических частот ионосферного слоя F2, а также с индексами солнечной и магнитной активности. Установлена их корреляционная связь. Результаты: Проведены систематические когерентные измерения вариаций спектральных характеристик пробных ВЧ сигналов на двух односкачковых радиолиниях (высоко- и среднеширотной). В течение полного годового цикла наблюдений исследованы регулярные (фоновые) вариации суточных зависимостей интенсивностей и ДСЧ пробных сигналов, вызванные изменением условий освещенности контрольных радиотрасс. Установлена эмпирическая зависимость времен характерных изменений ДСЧ и моментов “радиовосхода” и “радиозахода” с прохождением солнечного терминатора на различных высотах среднеширотной и приполярной ионосферы. Для высокоширотной радиотрассы летом определяющую роль играют условия полярного дня и рост поглощения в полуденное и послеполуденное время. Введен индекс, характеризующий время распространения сигналов на частоте ниже максимально применимой (продолжительность “радиодня”). Для возмущенных ионосферных условий обнаружены 27-дневные вариации продолжительности “радиодня” и поведения критических частот ионосферного слоя F2. Периодичность этих вариаций и их синхронизм с индексом солнечной активности F10.7 могут быть объяснены многократным воздействием на ионосферу долгоживущей активной области в хромосфере при вращении Солнца вокруг своей оси. Возможность использования данных ВЧ мониторинга для диагностики спорадических ионосферных возмущений продемонстрирована на примере анализа данных, полученных во время мощной рентгеновской вспышки на Солнце и последовавшей за ней магнитной бури. Заключение: Разработанные методики анализа данных зондирования ионосферы ВЧ сигналами неспециального типа могут быть применены для диагностики и идентификации ионосферных возмущений.

Черногор Л.Ф., Лящук А.И., Шевелев Н.Б. «Параметры инфразвуковых сигналов в атмосфере, сгенерированных массовыми взрывами на арсенале боеприпасов» Радиофизика и радиоастрономия (Украина), 23, № 4, с. 280-293 (2018)

Предмет и цель работы: Предмет исследования – зависимость волновых форм и спектрального состава инфразвукового сигнала, сгенерированного массовыми взрывами на арсенале боеприпасов, от энерговыделения и расстояния. Целью является изучение особенностей волновых форм инфразвуковых сигналов, их амплитуд и спектрального состава при дальнем (∼150–180 км) распространении волн, сгенерированных в течение техногенной катастрофы на арсенале боеприпасов вблизи г. Винница 26–27 сентября 2017 г. Методы и методология: С использованием украинской сети инфразвуковых станций изучены основные параметры (спектральный состав, амплитуды, периоды преобладающих колебаний, длительность цугов колебаний, скорость прихода) инфразвуковых волн при их дальнем (∼150–180 км) распространении. Методика обработки в настоящих исследованиях сводилась к следующему. Сначала результаты измерений временных зависимостей колебаний атмосферного давления переводились из относительных единиц в абсолютные. Далее они подвергались фильтрации в диапазоне периодов 0.2–10 с. Затем осуществлялся системный спектральный анализ отфильтрованных зависимостей при помощи оконного преобразования Фурье, адаптивного преобразования Фурье и вейвлет-преобразования. При использовании вейвлет-преобразования в качестве базисной функции привлекался вейвлет Морле. Результаты: Показано, что при увеличении энерговыделения от 3 до 53 т ТНТ наблюдалась тенденция к увеличению амплитуды и периода преобладающего колебания. Длительность цугов колебания при этом увеличивалась от ≡1.5 до 2 мин. Установлено, что при небольшом изменении расстояния (на 15–18 %) между эпицентром взрывов и месторасположением инфразвуковой станции параметры инфразвукового сигнала изменялись незначительно. Различия в волновых формах связаны с ориентацией трассы. Выявлено, что при энерговыделении, равном 53 т ТНТ, в спектре колебаний преобладали гармоники с периодом от 3 до 5–6 с. Длительность цугов колебаний с такими периодами составляла 40 с. Рассчитано, что средняя скорость прихода для различных трасс при стратосферном отражении волн изменялась в пределах 300–309 м/с, что свидетельствует о влиянии ветра в верхней атмосфере на распространение инфразвука. При термосферном отражении волн амплитуда сигнала была в несколько раз меньше, а скорость прихода составляла 245–250 м/с. Заключение: Изучены основные параметры инфразвуковых сигналов, сгенерированных в течение повторяющихся взрывов на военных складах вблизи г. Винница и распространявшихся в атмосфере.