latex
مُلَخَّص
في جبال شمال الهند، يقع تلسكوب المرآة السائلة الدولي (ILMT)، ذو المرآة الدوارة بقطر 4 أمتار، المصنوع من الزئبق السائل. خلال فترة 10 سنوات، سيغطي هذا التلسكوب مسحاً ضوئياً لمساحة 117 درجة مربعة من السماء لدراسة التغيرات الفلكية والضوئية لجميع الأجسام المكتشفة. من البرامج العلمية الرئيسية في هذا المسح رصد النجوم المتغيرة. ستُستخدم البيانات المجمعة لإنشاء فهرس شامل لمنحنيات الضوء، والذي سيكون ضرورياً للفلكيين الذين يدرسون تكوين وتطور النجوم، وبنية وديناميكيات مجرة درب التبانة، وخصائص الكون ككل. سيسهم هذا الفهرس في تقدمنا نحو فهم أعمق للعمليات الأساسية التي تشكل كوننا. في هذا العمل، نصف المسح ونستعرض بعض الأمثلة على النجوم المتغيرة التي ظهرت في بيانات التشغيل المبكرة للتلسكوب.
القسم – عنوان المستوى الأول (تايمز نيو رومان، غامق، 14 نقطة)
مقدمة
تلعب النجوم المتغيرة دوراً أساسياً في مجالات عدة من علم الفلك، بما في ذلك قياس المسافات، ودراسة بنية النجوم وتطورها، والبحث في الأجرام المدمجة والأنظمة الثنائية القريبة. تُعرف النجوم المتغيرة بأنها الأجرام الفلكية التي يتغير سطوعها مع الزمن، فبعضها يظهر دورية منتظمة بينما الآخر يتسم بعدم انتظام. تعتبر النجوم المتغيرة الدورية مهمة بشكل خاص لأنها تتيح التنبؤ بمقدار سطوعها مستقبلاً. تشمل هذه الفئة عدداً من الأجسام مثل النجوم النابضة، والثنائيات الكسوفية، والنجوم الجديدة. توفر هذه المتغيرات معلومات ثمينة حول طبيعة النجوم وتطورها ضمن مجرة درب التبانة. تعمل السييفيدات ونجوم RR Lyrae كشموع معيارية، حيث يمكن حساب المسافات عبر معرفة قدرها المطلق. وتوفر السييفيدات معلومات حاسمة في تحديد امتداد الكون وعمره. كما أن دراسات أقراص الاكتساب في النجوم المتغيرة الكارثية تسهم في فهم النشاط داخل المجرات النشطة التي تحتوي على ثقوب سوداء ضخمة. تمتلك دراسات النجوم المتغيرة (Pietrukowicz_2009) القدرة على إلقاء الضوء على العديد من الظواهر في الفيزياء الفلكية.
في شمال الهند، تقع قمة ديفاستال (79^{\circ} 41' 04'' شرقاً، 29^{\circ} 21' 40'' شمالاً) على ارتفاع 2450 متراً، وتحتضن عدداً من المرافق البصرية، أبرزها تلسكوب المرآة السائلة الدولي (Surdej_2018) المخصص للرصد السمتوي ويبلغ قطر مرآته 4 أمتار. يُكرّس هذا التلسكوب الفريد لإجراء مسح ضوئي واسع النطاق يركز على دراسات التغيرات. يعتمد التلسكوب على مرآة دوارة مغطاة بالزئبق السائل؛ تدور المرآة بفترة 8.02 ثانية مع تحكم دقيق يصل إلى بضعة أجزاء في المليون. يقوم التلسكوب بتصوير المنطقة التي تمر فوقه باستخدام جهاز استشعار مقترن بالشحنة (CCD) بدقة \(4096 \times 4096\) بكسل في وضع التكامل المؤجل (Gibson_1992). يتيح ذلك تصويراً شبه مستمر للسماء التي تمر قبيل وقت تكامل يبلغ 102.4 ثانية (الزمن الذي يستغرقه جرم فلكي لعبور جهاز الاستشعار بفعل دوران الأرض). يُعالج المصحح البصري المكوّن من خمسة عناصر تشوهات التلسكوب وانحناء مسار النجوم. يمتلك التلسكوب مجال رؤية يبلغ \(22.4' \times 22.4'\) ومجهزاً بمرشحات (Kumar_2022) لمسح السماء في أطياف Sloan g\( '\)، r\( '\)، و i\( '\). تتمثل الأهداف العلمية الرئيسية للتلسكوب في دراسة التغيرات الفلكية والضوئية لجميع الأجرام القابلة للكشف ضمن هذه المساحة.
عنوان المستوى الثاني – (تايمز نيو رومان، عريض، 12 نقطة)
الملاحظات والتحليل
يعد كتالوج البحث الآلي للسماء بأكملها للنجوم المتغيرة (ASAS-SN) (Christy_2022) نقطة انطلاق مفيدة لدراسات المتغيرات. من خلال البيانات المتاحة على موقع ASAS-SN الإلكتروني، تم إنشاء فرع مخصص يضم بيانات جميع الأجسام الواقعة ضمن مجال مسح ILMT. كانت المعايير الرئيسة لاختيار الأجسام هي وقوعها ضمن هذا المجال، مع مراعاة النجوم المتغيرة ذات الفترات الطويلة والقصيرة. بفضل الملاحظات طويلة الأمد لـ ILMT، بات بالإمكان جمع بيانات تغطي عدة دورات. صُنّفت الأجسام حسب نوع المتغير: السييفيدات، RR Lyrae، Mira، المتغيرات الدورانية، الثنائيات الكسوفية، والمتغيرات الشبه منتظمة/غير منتظمة. تتوفر بيانات الفرع بصيغة ملفات مفصولة بفواصل (CSV) تحتوي على: (i) اسم ASAS-SN، (ii) الصعود المستقيم (J2000)، (iii) الميل (J2000)، و (iv) قدر Gaia G. ثم حُوّلت هذه الملفات إلى تنسيق FITS باستخدام مكتبة Astropy.
تكوّنت مجموعة البيانات من الصور التي تم الحصول عليها في 1 و 2 نوفمبر 2022، بالإضافة إلى صور في أوائل مارس 2023، خلال مرحلة التشغيل التجريبي. وعلى الرغم من صغر حجم هذه العينة، إلا أنها كافية لتطوير تقنيات التحليل والتحقق من الأداء. خضعت هذه الصور لمعالجة أولية، وتُرجمت إلى معايرة فلكية وضوئية باستخدام نجوم Gaia في المجال. بلغت الدقة الفلكية النموذجية نحو 0.3 ثانية قوسية، بينما تراوحت الدقة الضوئية بين 0.05 و 0.10 قدر في الليالي الصافية.
بعد ذلك، استخدمنا برنامج التحليل الضوئي Python SunPhot (SunEProceedings) لاستخراج قدر الأجسام المدرجة في صور ILMT. نُطابِق مواقع الصعود المستقيم والميل للنجوم المدرجة في الكتالوج مع مواقعها في الصور العلمية المعايرة. عند تحديد موقع الجسم، يتم تطبيق فتحة دائرية تركز على النجم، وحلقة متحدة المركز تحيط به لقياس الخلفية المحلية. تُستخدم قيمة الكثافة المتوسطة داخل الحلقة لتقدير خلفية السماء، التي تُطرح من كل بكسل ضمن الفتحة لحساب تدفق النجم. بعد ذلك، يحول التدفق إلى قدر فلكي اعتماداً على نقطة الصفر الضوئية المستخلصة من قياسات نجوم Gaia في الصورة.
النتائج
يوجد ما يقرب من 417 نجماً متغيراً معروفاً ضمن مجال رؤية ILMT. في مجموعة البيانات المحدودة لدينا، لوحظ 23 من متغيرات RR Lyrae، من أصل 69 في كامل منطقة المسح. تتراوح فترات هذه النجوم عادة بين 0.2 و 2 يوم، مما يعرّضها لأخطاء في أخذ العينات عند التكرار اليومي لـ ILMT. مع ذلك، يمكن للمتغيرات الدورية بناء منحنيات ضوئية من بيانات عدة ليالٍ عبر طي البيانات عند فترة النجم. كما يمكن استخدام هذا الأسلوب لتحديد الفترة بدقة عن طريق تقليل تشتت النقاط المطوية. على سبيل المثال، يظهر الشكل 3 قدرة ILMT على تتبع منحنيات الطور حتى للنجوم ذات الفترات التي تقل عن يوم واحد. لذا، من المتوقع ملاحظة تغير ضئيل في القدر عندما يُراقب النجم في الليلة التالية بعد 0.997 يوم (يوم نجمي واحد)، حيث يكون النجم في مرحلة شبه متطابقة. ومع ذلك، فإن المراقبة اليومية على مدى أسبوع توفر تغطية كاملة للطور، وستسهم الملاحظات الإضافية في تحسين عينات منحنى الضوء المطوي.
سجلنا ما مجموعه 73 متغيراً دورانياً ضمن منطقة المسح، وقد راقبنا حتى الآن 31 منها. تمثل هذه المتغيرات فرصة ممتازة لدراسة خصائص أسطح النجوم من خلال متابعة التغيرات الزمنية في سطوعها. علاوة على ذلك، رصد 11 متغيراً من نوع Mira، وقد تمت متابعة واحد منها حتى الآن.
الفئة الأخيرة في هذه الدراسة هي المتغيرات شبه الدورية وغير الدورية، التي تحدث تغيراتها على مدى زمني يتراوح بين أشهر إلى سنوات ولا تظهر نمطاً دورياً واضحاً. حتى الآن، رصد ILMT 40 من هذه المتغيرات ضمن منطقة المسح، من أصل 73 نجماً مسجلاً.
المناقشة
استُخدمت السييفيدات منذ فترة طويلة في قياسات المسافة بفضل العلاقة المعروفة بين دوراتها وسطوعها الإيشائي. من حيث المبدأ، يمكن لملاحظات ILMT أن توفر قياسات دقيقة للفترات، وبالاقتران مع قياسات البارالاكس من Gaia، سيسمح ذلك بتقليل عدم اليقين في علاقة الفترة–السطوع. تتبع نجوم RR Lyrae أيضاً علاقة بين الفترة واللون والسطوع، وبالتالي تعد مؤشراً بديلاً موثوقاً للمسافة. وعلى الرغم من أنها أقل إشراقاً من السييفيدات، فإنها تبقى أدوات قيمة لتحديد المسافات إلى المجرات القريبة.
يتمتع ILMT بقدرة على اكتشاف السييفيدات ونجوم RR Lyrae حتى عند مسافات كبيرة، مع العلم أن حدود الكشف الفعلية تعتمد على عوامل عدة، مثل السطوع الذاتي للنجم وظروف الرصد الجوي.
بما أن ILMT لا يزال في مرحلته التجريبية، فإن كمية البيانات المتاحة حالياً محدودة لكنها في تزايد مستمر. أسهمت التحسينات في محاذاة التلسكوب وتوازن المرآة في رفع جودة الصورة إلى 1.4 ثانية قوسية (العرض الكامل عند نصف الحد الأقصى للكثافة)، مع توقع المزيد من التحسن مع اكتساب الفريق المزيد من الخبرة في تشغيل النظام. لقد عرضنا هنا أداء ILMT، ونتوقع أن يكون هذا المشروع مورداً قيماً لدراسات النجوم المتغيرة والمجرات والكوازارات والعدسات الجاذبية.
ينبثق مشروع تلسكوب المرآة السائلة الدولي بقطر 4m (ILMT) من تعاون بين معهد علم الفلك والجيوفيزياء (جامعة لييج، بلجيكا)، وجامعات كولومبيا البريطانية، لافال، مونتريال، تورونتو، فيكتوريا ويورك، ومعهد أريابهاتا لعلوم الرصد (ARIES، الهند). يشكر المؤلفون هيتيش كومار، هيمانشو راوات، خوشال سينغ وغيرهم من طاقم الرصد على مساعدتهم في تشغيل تلسكوب ILMT. ويقدّر الفريق مساهمات أعضاء ARIES السابقين والحاليين من العلماء والمهندسين والإداريين في إنجاز هذا المشروع. يود JS أن يشكر خدمة الجمهور وآلوني، F.R.S.–FNRS (بلجيكا) وجامعة لييج على تمويل بناء ILMT. ويقدّر PH الدعم المالي من المجلس الوطني للعلوم والهندسة في كندا (RGPIN-2019-04369)، كما يشكر PH وJS ARIES على حفاوة الاستقبال أثناء زيارتهما إلى ديفاستال. يقدّر BA زمالة مجلس البحوث العلمية والصناعية (CSIR) (09/948(0005)/2020-EMR-I) لهذا العمل، ويقدّر MD جائزة زمالة برنامج الابتكار في متابعة العلوم الملهمة (INSPIRE) (DST/INSPIRE Fellowship/2020/IF200251) لهذا العمل. يدعم هذا العمل الشبكة البلجيكية الهندية للأبحاث الفلكية (BINA) المعتمدة من قبل القسم الدولي بوزارة العلوم والتكنولوجيا (DST، حكومة الهند؛ DST/INT/BELG/P-09/2017) ومكتب السياسة العلمية الفيدرالية البلجيكية (BELSPO، حكومة بلجيكا؛ BL/33/IN12).
يأتي هذا العمل نتيجة تعاون طويل الأمد الذي قدم فيه جميع المؤلفين إسهامات جوهرية.
يعلن المؤلفون خلوهم من تضارب المصالح.