latex
في جبال شمال الهند، يوجد تلسكوب دوار بقطر 4 أمتار مصنوع من الزئبق السائل. على مدى فترة 10 سنوات، سيقوم تلسكوب المرآة السائلة الدولي (ILMT) بمسح 117 درجة مربعة من السماء، لدراسة التغيرات الفلكية والضوئية لجميع الأجسام المكتشفة. سيكون أحد البرامج العلمية هو مسح النجوم المتغيرة. ستُستخدم البيانات المجمعة لإنشاء فهرس شامل لمنحنيات الضوء. سيكون هذا المورد ضرورياً للفلكيين الذين يدرسون تكوين وتطور النجوم، وبنية وديناميكيات مجرتنا درب التبانة، وخصائص الكون ككل. سيساعد هذا الفهرس في تقدمنا نحو فهم الكون ويوفر رؤى أعمق حول العمليات الأساسية التي تشكل كوننا. في هذا العمل، نصف المسح ونقدم بعض الأمثلة عن النجوم المتغيرة الموجودة في بيانات التشغيل المبكرة من ILMT.
النجوم المتغيرة ذات أهمية أساسية للعديد من مجالات علم الفلك، بما في ذلك قياسات المسافات، وبنية النجوم وتطورها، ودراسات الأجسام المدمجة، والأنظمة الثنائية القريبة. النجوم المتغيرة هي أي فئة من الأجسام التي يتغير سطوعها مع الزمن، بعضها يظهر دورية بينما البعض الآخر لا يظهر ذلك. النجوم المتغيرة الدورية مهمة بشكل خاص لأنها تتيح التنبؤ بقدرها في المستقبل. الأجسام المتغيرة، مثل النجوم، والثنائيات الكسوفية، والنابضات، والنجوم الجديدة، منتشرة في سماء الليل. إنها توفر معلومات قيمة حول تطور وطبيعة النجوم في مجرتنا درب التبانة. السيفيدات ونجوم RR Lyrae تعمل كشموع معيارية، حيث يمكن حساب المسافات بمجرد معرفة قدرها المطلق. النجوم المتغيرة من نوع السيفيد توفر معلومات حاسمة في تحديد المسافات وعمر الكون. دراسات أقراص الاكتساب في النجوم المتغيرة الكارثية يمكن أن تساعد في فهم النشاط داخل المجرات النشطة التي تحتوي على ثقوب سوداء ضخمة. دراسات النجوم المتغيرة (Pietrukowicz_2009) لديها القدرة على إلقاء الضوء على العديد من مجالات علم الفيزياء الفلكية.
في شمال الهند، تستضيف قمة ديفاستال (79^ 41’ 04” شرقاً، 29^ 21’ 40” شمالاً) على ارتفاع 2450 متراً، العديد من المرافق البصرية بما في ذلك تلسكوب المرآة السائلة الدولي (Surdej_2018) الذي يشير إلى السمت ويبلغ قطره 4 أمتار. يُكرَّس هذا التلسكوب الفريد لأداء مسح ضوئي واسع النطاق مع التركيز على دراسات التغيرات. يستخدم هذا التلسكوب مرآة دوارة يُستخدم الزئبق السائل كسطح عاكس لها. تدور المرآة بفترة 8.02 ثانية، والتي يتم التحكم فيها بدقة تصل إلى بضعة أجزاء في المليون. يقوم بتصوير منطقة السماء التي تمر فوقه على جهاز استشعار مقترن بالشحنة (CCD) بدقة \(4096 \times 4096\) بكسل يعمل في وضع التكامل المؤجل (Gibson_1992). يسمح ذلك بالحصول على تصوير شبه مستمر للسماء التي تمر فوقه، مع وقت تكامل يبلغ 102.4 ثانية (الوقت الذي يستغرقه جسم فلكي لعبور جهاز الاستشعار بسبب دوران الأرض). يزيل مصحح بصري مكون من خمسة عناصر كلاً من تشوه التلسكوب وانحناء مسار النجم. يمتلك التلسكوب مجال رؤية يبلغ \(22.4' \times 22.4'\) ومجهز بمرشحات (Kumar_2022) لمسح السماء الرقمي Sloan g\('\)، r\('\)، و i\('\). الأهداف العلمية الرئيسية لتلسكوب المرآة السائلة الدولي هي دراسات التغيرات الفلكية والضوئية لجميع الأجسام القابلة للكشف في 117 درجة مربعة من السماء التي يمكن للتلسكوب الوصول إليها.
كتالوج البحث الآلي للسماء كلها للنجوم المتغيرة (ASAS-SN) (Christy_2022) هو نقطة انطلاق مفيدة لدراسات النجوم المتغيرة. من البيانات المتاحة على موقع ASAS-SN على الإنترنت، تم إنشاء فرع من الكتالوج يحتوي على بيانات لجميع الأجسام ضمن منطقة مسح ILMT. كانت المعايير الرئيسية لاختيار الأجسام هي أنها تقع ضمن مجال رؤية ILMT. تم النظر في النجوم المتغيرة ذات الفترات الطويلة والقصيرة. مع الملاحظات طويلة الأمد لـ ILMT، يمكن جمع بيانات كافية تغطي فترات متعددة. تم تجميع الأجسام وفقاً لأنواع المتغيرات: السيفيدات، RR Lyrae، Mira، الدوّارية، الثنائيات الكسوفية، والنصف منتظمة/غير منتظمة. تتوفر بيانات الفرع في شكل ملفات متغيرة مفصولة بفواصل (CSV)، مع حقول (i) اسم ASAS-SN (ii) الارتفاع الصحيح (J2000) (iii) الميل (J2000)، و (iv) قدر Gaia G. ثم تم تحويل هذه الملفات إلى تنسيق FITS باستخدام Astropy.
تكوّنت البيانات المراقبة من صور تم الحصول عليها في 1 و 2 نوفمبر 2022، إلى جانب صور في أوائل مارس 2023، خلال مرحلة التشغيل التجريبي. على الرغم من أن هذه عينة صغيرة، إلا أنها كافية لتطوير تقنيات التحليل والتحقق من الأداء. تمت معالجة هذه الصور مسبقاً وأُجريت معايرة فلكية وضوئية أولية استناداً إلى نجوم Gaia في المجال. الدقة الفلكية النموذجية هي 0.3 ثانية قوسية وتتراوح الدقة الضوئية من 0.05 إلى 0.10 قدر، في الليالي الصافية.
ثم تم استخدام برنامج الضوئية Python SunPhot (SunEProceedings) لاستخراج قدر الأجسام المدرجة في صور ILMT. تم مطابقة الارتفاع الصحيح والميل للنجوم في الكتالوج مع صور ILMT العلمية المعايرة. بمجرد العثور على الجسم، تم تحديد فتحة دائرية، مركزة على الجسم، وحلقة متحدة المركز. الغرض من الحلقة هو حساب الخلفية المحلية حول النجم. توفر الكثافة الوسيطة داخل الحلقة تقديراً لخلفية السماء، والتي تم بعد ذلك طرحها من كل بكسل في الفتحة لحساب تدفق الجسم. ثم تم تحويل التدفقات إلى قدر باستخدام نقطة الصفر الضوئية المشتقة من نجوم Gaia في الصورة.
هناك 417 نجم متغير معروف في مجال رؤية ILMT. في مجموعة البيانات المحدودة لدينا، تمت ملاحظة 23 من متغيرات RR Lyrae، من إجمالي 69 في منطقة مسح ILMT الكاملة. تتراوح فترات هذه المتغيرات عادة بين 0.2 إلى 2 يوم، وسيتم أخذ عينات منها بشكل غير كافٍ بواسطة تكرار اليوم الواحد لـ ILMT. ومع ذلك، بالنسبة للمتغيرات الدورية، يمكن بناء منحنى ضوئي من العديد من ليالي الملاحظات، عن طريق طي البيانات عند فترة المتغير. يمكن أيضاً استخدام هذا الإجراء لتحديد الفترة، عن طريق تقليل تشتت القيم في البيانات المطوية. على سبيل المثال، يظهر الشكل 3 أن ILMT يمكن أن يوفر رسماً بيانياً للمرحلة حتى للمتغيرات التي تكون فترتها أقل من يوم واحد. لذلك، يُتوقع حدوث تغير طفيف في القدر عندما تتم مراقبة النجم بواسطة ILMT في الليلة التالية، بعد 0.997 يوم (يوم جانبي واحد)، حيث يُرى النجم في نفس المرحلة تقريباً. ومع ذلك، فإن الملاحظات اليومية على مدار أسبوع تغطي النطاق الكامل للمرحلة، وستحسن الملاحظات الإضافية من أخذ عينات منحنى الضوء المطوي.
يوجد ما مجموعه 73 متغير دوّاري في منطقة مسح ILMT وقد تمت ملاحظة 31 منها حتى الآن. تقدم هذه المتغيرات الدوّارية فرصة ممتازة لاستكشاف خصائص سطح النجوم من خلال فحص التغيرات الزمنية في سطوعها. علاوة على ذلك، هناك 11 متغير من نوع Mira وتمت ملاحظة واحد فقط حتى الآن.
آخر نوع من المتغيرات في هذه الدراسة هو النجوم شبه الدورية/غير الدورية. تظهر هذه التغيرات التي تحدث على مقاييس زمنية تتراوح من شهور إلى سنوات ولا تبدو دورية. حالياً، تمت ملاحظة 40 منها بواسطة ILMT، من إجمالي 73 في منطقة المسح الكاملة.
تم استخدام متغيرات السيفيد لفترة طويلة في قياسات المسافة بفضل علاقتها بين الفترة والسطوع. يمكن لملاحظات ILMT من حيث المبدأ أن توفر قياسات دقيقة للفترات. وبالاقتران مع بارالاكس Gaia، سيسمح ذلك بتقليل الشكوك في علاقة الفترة-السطوع. تتبع نجوم RR Lyrae علاقة بين الفترة واللون والسطوع وبالتالي يمكن أن تكون مؤشرات مستقلة للمسافة. إنها أقل إشراقاً من السيفيدات، لكنها تظل مؤشرات مفيدة لتحديد المسافات إلى المجرات القريبة.
لدى ILMT القدرة على اكتشاف متغيرات السيفيد وRR Lyrae على مسافات كبيرة، لكن حدود الكشف الفعلية تعتمد على عوامل متعددة، مثل السطوع الذاتي للنجم وظروف الرصد.
بما أن ILMT لا يزال في مرحلة التشغيل التجريبي، فإن كمية البيانات المتاحة في هذا الوقت محدودة لكنها تتزايد باستمرار. أدت التحسينات على محاذاة التلسكوب وتوازن المرآة إلى جودة صورة تقترب الآن من 1.4 ثانية قوسية (العرض الكامل عند نصف الحد الأقصى للكثافة). من المتوقع المزيد من التحسين مع اكتساب الفريق خبرة في التلسكوب وأنظمته. لقد أظهرنا أداء ILMT، ونتوقع أن تكون الدراسة التي يجريها مورداً مفيداً لدراسات النجوم المتغيرة والمجرات والكوازارات والعدسات الجاذبية.
ينتج مشروع تلسكوب المرآة السائلة الدولي بقياس 4m (ILMT) عن تعاون بين معهد علم الفلك والجيوفيزياء (جامعة لييج، بلجيكا)، وجامعات كولومبيا البريطانية، لافال، مونتريال، تورونتو، فيكتوريا وجامعة يورك، ومعهد أريابهاتا لعلوم الرصد (ARIES، الهند). يشكر المؤلفون هيتيش كومار، هيمانشو راوات، خوشال سينغ وغيرهم من طاقم الرصد على مساعدتهم في تلسكوب ILMT بقياس 4m. يقدّر الفريق مساهمات أعضاء ARIES السابقين والحاليين من العلماء والمهندسين والإداريين في تحقيق مشروع ILMT. يود JS أن يشكر خدمة الجمهور وآلوني، F.R.S.–FNRS (بلجيكا) وجامعة لييج، بلجيكا لتمويل بناء ILMT. يقدّر PH الدعم المالي من المجلس الوطني للعلوم والهندسة في كندا، RGPIN-2019-04369. يشكر PH وJS ARIES على الضيافة خلال زيارتهما إلى ديفاستال. يقدّر BA جائزة زمالة مجلس البحوث العلمية والصناعية (CSIR) (09/948(0005)/2020-EMR-I) لهذا العمل. يقدّر MD جائزة زمالة الابتكار في متابعة العلوم للبحث الملهم (INSPIRE) (DST/INSPIRE Fellowship/2020/IF200251) لهذا العمل. يدعم هذا العمل شبكة الفلك وعلم الفلك البلجيكية الهندية (BINA)، المعتمدة من قبل القسم الدولي، وزارة العلوم والتكنولوجيا (DST، حكومة الهند؛ DST/INT/BELG/P-09/2017) ومكتب السياسة العلمية الفيدرالية البلجيكية (BELSPO، حكومة بلجيكا؛ BL/33/IN12).
ينتج هذا العمل عن تعاون طويل الأمد حيث قدم جميع المؤلفين مساهمات كبيرة.
يعلن المؤلفون عدم وجود تضارب في المصالح.