منحنى الضوء

في علم الفلك ، منحنى الضوء هو رسم بياني لشدة الضوء المنبعث من جرم سماوي أو منطقة ما كدالة للزمن، حيث يُمثل المحور الرأسي (y) مقدار الضوء المُستقبل، بينما يُمثل المحور الأفقي (x) الزمن . وعادةً ما يكون الضوء ضمن نطاق ترددي أو نطاق معين .

يمكن أن تكون منحنيات الضوء دورية، كما في حالة الثنائيات الكسوفية ، والمتغيرات القيفاوية ، والمتغيرات الدورية الأخرى، والكواكب الخارجية العابرة ؛ أو غير دورية ، مثل منحنى الضوء الخاص بالمستعر الأعظم ، أو النجم المتغير الكارثي ، أو المستعر الأعظم ، أو حدث العدسة الجاذبية الصغرية ، أو الثنائي كما يُرصد أثناء أحداث الاحتجاب . ويمكن لدراسة منحنى الضوء، إلى جانب عمليات الرصد الأخرى، أن تُسفر عن معلومات قيّمة حول العملية الفيزيائية التي تُنتج مثل هذا المنحنى، أو أن تُقيّد النظريات الفيزيائية المتعلقة به.

تُستخدم الرسوم البيانية للسطوع الظاهري للنجوم المتغيرة مع مرور الوقت بشكل شائع لتصوير سلوكها وتحليله. ورغم أن تصنيف أنواع النجوم المتغيرة يعتمد بشكل متزايد على خصائصها الطيفية، إلا أن سعة دوراتها وانتظام تغيرات سطوعها لا تزال عوامل مهمة. فبعض الأنواع، مثل النجوم القيفاوية، لها منحنيات ضوئية منتظمة للغاية، بنفس الدورة والسعة والشكل تمامًا في كل دورة. بينما تتميز أنواع أخرى، مثل متغيرات ميرا، بمنحنيات ضوئية أقل انتظامًا ذات سعات كبيرة تصل إلى عدة مقادير، أما المتغيرات شبه المنتظمة فهي أقل انتظامًا ولها سعات أصغر. ^{[ 1 ]}

تُقدّم أشكال منحنيات الضوء للنجوم المتغيرة معلومات قيّمة حول العمليات الفيزيائية الكامنة وراء تغيرات السطوع. بالنسبة للنجوم المتغيرة الكسوفية، يُشير شكل منحنى الضوء إلى درجة الكسوف الكلي، والأحجام النسبية للنجوم، وسطوعها السطحي النسبي. ^{[ 2 ]} وقد يُظهر أيضًا انحراف المدار والتشوهات في شكل النجمين. ^{[ 3 ]} أما بالنسبة للنجوم النابضة، فيمكن ربط سعة أو دورة النبضات بلمعان النجم، ويمكن أن يكون شكل منحنى الضوء مؤشرًا على نمط النبض. ^{[ 4 ]}

المستعرات العظمى

يمكن أن تشير منحنيات الضوء المنبعثة من المستعرات العظمى إلى نوعها. ورغم أن أنواع المستعرات العظمى تُحدد بناءً على أطيافها، إلا أن لكل منها شكلًا مميزًا لمنحنى الضوء. فالمستعرات العظمى من النوع الأول لها منحنيات ضوء ذات ذروة حادة ثم تتناقص تدريجيًا، بينما المستعرات العظمى من النوع الثاني لها ذروات أقل حدة. وتُعد منحنيات الضوء مفيدة في تصنيف المستعرات العظمى الخافتة وتحديد أنواعها الفرعية. فعلى سبيل المثال، يتميز النوع الثاني-P (اختصارًا لـ "الهضبة") بأطياف مشابهة للنوع الثاني-L (الخطي)، ولكنه يتميز بمنحنى ضوء يتباطأ فيه التناقص لعدة أسابيع أو أشهر قبل أن يستأنف خفوته. ^{[ 5 ]}

في علم الكواكب ، يُستخدم منحنى الضوء لاستنتاج فترة دوران الكويكب أو القمر أو نواة المذنب . من الأرض، غالبًا ما يتعذر رصد الأجسام الصغيرة في النظام الشمسي ، حتى باستخدام أقوى التلسكوبات ، نظرًا لأن حجمها الزاوي الظاهري أصغر من بكسل واحد في الكاشف. لذا، يقيس علماء الفلك كمية الضوء المنبعثة من الجسم كدالة للزمن (منحنى الضوء). ويُعطي التباعد الزمني بين قمم منحنى الضوء تقديرًا لفترة دوران الجسم. وقد يعود الفرق بين أقصى وأدنى سطوع (سعة منحنى الضوء) إلى شكل الجسم، أو إلى وجود مناطق مضيئة ومظلمة على سطحه. على سبيل المثال، يتميز منحنى ضوء الكويكب غير المتناظر عمومًا بقمم أكثر وضوحًا، بينما يكون منحنى ضوء الجسم الكروي أكثر انبساطًا. ^{[ 6 ]} وهذا يسمح لعلماء الفلك باستنتاج معلومات حول شكل الكويكبات ودورانها (وليس حجمها).

منحنيات ضوء الاحتجاب

غالبًا ما يُوصف منحنى الضوء الناتج عن الاحتجاب بأنه ثنائي، حيث ينقطع ضوء النجم فجأة، ويبقى ثابتًا طوال مدة الاحتجاب، ثم يعود فجأة. وتُعادل مدة الاحتجاب طول وتر يمر عبر الجسم المحتجب.

الظروف التي لا تكون فيها الانتقالات فورية هي؛

• عندما يكون الجسم المحجوب أو المحجوب مزدوجًا، على سبيل المثال نجم مزدوج أو كويكب مزدوج ، فإنه يتم ملاحظة منحنى ضوئي متدرج.
• عندما يكون الجسم المحجوب كبيرًا، على سبيل المثال نجم مثل قلب العقرب، فإن الانتقالات تكون تدريجية.
• عندما يكون للجسم المحجوب غلاف جوي، على سبيل المثال قمر تيتان ^{[ 8 ]}

يتم تسجيل الملاحظات عادةً باستخدام معدات الفيديو ويتم تحديد توقيت الاختفاء وإعادة الظهور باستخدام جهاز إدخال وقت الفيديو (VTI) المنضبط بنظام تحديد المواقع العالمي (GPS ).

يتم أرشفة منحنيات ضوء الاحتجاب في خدمة VizieR . ^{[ 9 ]}

قد تُعزى الانخفاضات الدورية في منحنى ضوء النجم إلى مرور كوكب خارج المجموعة الشمسية أمام النجم الذي يدور حوله. فعندما يمر كوكب خارج المجموعة الشمسية أمام نجمه، يُحجب ضوء ذلك النجم مؤقتًا، مما يؤدي إلى انخفاض في منحنى ضوء النجم. وتكون هذه الانخفاضات دورية، لأن الكواكب تدور حول النجم بشكل دوري. وقد اكتُشف العديد من الكواكب الخارجية باستخدام هذه الطريقة، المعروفة باسم طريقة العبور الفلكي .

يُعدّ عكس منحنى الضوء تقنية رياضية تُستخدم لنمذجة أسطح الأجسام الدوّارة انطلاقًا من تغيرات سطوعها. ويمكن استخدام هذه التقنية لتصوير البقع النجمية أو بياض سطح الكويكبات بكفاءة عالية . ^{[ 10 ] [ 11 ]}

تُعرف ظاهرة العدسات الجاذبية الصغرية بأنها عملية تتسبب فيها أجسام فلكية صغيرة نسبيًا ومنخفضة الكتلة في زيادة طفيفة ومؤقتة في سطوع جسم أبعد. وينتج هذا عن تأثير نسبي ضئيل، على عكس العدسات الجاذبية الأكبر حجمًا ، ولكنه يسمح برصد وتحليل أجسام نجمية وكوكبية غير مرئية لولا هذه الظاهرة. ويمكن استنتاج خصائص هذه الأجسام من شكل منحنى الضوء الناتج عن العدسة. على سبيل المثال، يُعدّ PA-99-N2 حدثًا للعدسات الجاذبية الصغرية، والذي يُحتمل أن يكون ناتجًا عن نجم في مجرة ​​أندروميدا يمتلك كوكبًا خارج المجموعة الشمسية . ^{[ 12 ]}

• يُمكن لمولد منحنيات الضوء عبر الإنترنت التابع للجمعية الأمريكية لعلم الفلك المتغير (AAVSO)، والمؤرشف بتاريخ 21 ديسمبر 2020 في أرشيف الإنترنت (Wayback Machine) ، رسم منحنيات الضوء لآلاف النجوم المتغيرة.
• تحتوي كتالوجات علم الفلك المفتوحة على منحنيات ضوئية لأنواع عديدة من الظواهر العابرة، بما في ذلك المستعرات العظمى.
• منحنيات الضوء: مقدمة من برنامج تخيل الكون التابع لناسا
• قاعدة بيانات DAMIT لنماذج الكويكبات من تقنيات الانعكاس