علاقة الدور بالإضاءة
علاقة الدور بالإضاءة (بالإنجليزية: Period-luminosity relation) هي علاقة رياضية تربط بين إضاءة النجوم المتغيرة النابضة مع دور نبضاتها، أكثرها شهرة العلاقة الطردية المستعملة لنجوم المتغيرات القيفاوية الكلاسيكية والتي تسمى أحيانا بقانون ليفيت،[1] أكتشفت عام 1908 من قبل العالمة هينريتا سوان ليفيت، وضعت هذه العلاقة النجوم القيفاوية في خانة المقاييس الأساسية للمسافات ضمن وفوق المجرية،[2][3][4][5][6][7] والنموذج الفيزيائي الذي يشرح قانون ليفيت للمتغيرات القيفاوية الكلاسيكية يسمى بآلية كابا [الإنجليزية].
تاريخياً
عدلبعد تخرج ليفيت من كلية رادكليف، عملت حاسبةً في مرصد كلية هارفرد الفلكي، مهمتها كانت فحص ألواح التصوير الضوئي الملتقطة بواسطة المرصد لأجل قياس وتصنيف سطوع النجوم، ثم أوكل إليها مدير المرصد إدوارد تشارلز بيكرينغ مهمة دراسة النجوم المتغيرة في سحابتي ماجلان الكبرى والصغرى بالإعتماد على ألواح التصوير الضوئي من مرصد بويدن [الإنجليزية] التابع لمرصد هارفرد في أريكيبا بالبيرو، قامت فيها بتشخيص 1777 نجم متغير في سحابتي ماجلان، صنفت 47 منهم كمتغيرات قيفاوية.
في عام 1908 نشرت النتائج في «سجلات كلية هارفرد للرصد الفلكي» يلاحظ فيها أن المتغيرات الأكثر سطوعاً تملك دور نبض أطول،[8] إنطلاقاً من هذا بدأت ليفيت بالعمل على وضع علاقة بين دور النبضات الزمنية وسطوع النجوم مستعملةً 25 نجم متغير قيفاوي في سحابة ماجلان الصغرى كعّينة، وفي عام 1912،[9] نشرت ورقة بحثية من توقيع وإرسال إدوارد بيكرينغ، لكن الجملة الأولى في الورقة كانت «من إعداد الأنسة ليفيت».
في الورقة البحثية، رسمت ليفيت العلاقة بين أقدار النجوم ولوغاريتم الدور وذكرت بالنص:
«يمكن بسهولة رسم خط مستقيم بين كل من سلسلة النقاط التي تمثل القيم العظمى والصغرى، مما يدل على وجود علاقة بسيطة بين سطوع المتغيرات القيفاوية وفترتها.»[9]
إعتمدت على فرض بسيط يقترح أن كافة النجوم تحت المراقبة تقع على نفس البعد تقريباً، مما يجعل القدر الظاهري لكل نجم يكافئ قدره المطلق في معامل ثابت يعتمد على المسافة، وفر هذا الفرض منطلق جيد لإثبات أن لوغاريتم الدور يمثل علاقة خطية مع لوغاريتم متوسط الإضاءة المرئية الداخلية للنجم (مقدار الطاقة التي يشعها النجم في مدى الطيف المرئي)،[10] لكن ظهر عندها معامل مجهول في العلاقة لكون بُعد ساحبة ماجلان كان مجهولاً، وعَبّرت ليفيت عن أملها في أن يتم حساب المسافة باختلاف المنظر لبعض القيفاويات.
بعد عام واحد من نشرها نتائجها، إينار هرتسبرونغ تمكن من تحديد مسافات عدد من القيفاويات في مجرة درب التبانة، ومن خلالها عُويِرَت علاقة الدور بالإضاءة من ثم حساب مسافة أي متغير قيفاوي.[10]
وفي عام 1918 استخدم هارلو شابلي هذه العلاقة للتحقيق في أبعاد بعض العناقيد الكروية، والأقدار المطلقة لبعض النجوم المتغيرة التي وجدت فيها، في ذلك الوقت كان من الصعب ملاحظة وجود تناقض في العلاقة يعتمد على نوع المتغيرات النابضة التي سميت جميعها في ذلك الوقت بالقيفاويات، هذا التناقض تم تأكيده عام 1931 في دراسة أجراها العالم إدوين هابل على العناقيد الكروية حول مجرة المرأة المسلسلة، لكن لم يتم إيجاد حل له حتى خمسينيات القرن الماضي عندما تبين أن قيفاويات الجمهرة الثانية كان لها سطوع أخفت بشكل نظامي من قيفاويات الجمهرة الأولى، بينما متغيرات القيثارة كانت أكثر خفوتاً، مما يعني أن العلاقة ستكون مختلفة حسب نوع النجوم.[11]
العلاقة
عدلهذه العلاقة معروفة بشكل جيد وتستعمل لأكثر من نوع من النجوم النابضة المتغيرة منها: قيفاويات النوع الأول، قيفاويات النوع الثاني، متغيرات القيثارة، متغيرات ميرا، والنجوم المتغيرة طويلة الدور.[12]
القيفاويات الكلاسيكية
عدل
تمت معايرة معادلة الدور والإضاءة للمتغيرات القيفاوية الكلاسيكية من قبل عدد كبير من الفلكين منذ القرن العشرين، بداية من إينار هرتسبرونغ.[13]
شكّلت معايرة العلاقة مشكلة؛ ففي عام 2007 نشرت معايرة مجرية من قبل بينيدكت وآخرون عن طريق إختلاف المنظر لتسعة نجوم قيفاوية قريبة باستعمال تلسكوب هابل،[14] وفي عام 2008 أيضًا العلماء في وكالة الفضاء الأوروبية تمكنوا من تقدير المسافة إلى النجم القيفاوي أر أس بابيس بنسبة خطأ تبلغ 1% باستخدام الصدى الضوئي من السديم المحيط به،[15] ولازالت النتائج الأخيرة محل نقاش في الأوساط العلمية.[16]
العلاقة التالية بين الدور للنجوم القيفاوية من الجمهرة الأولى ( )، ومتوسط أقدارها المطلقة ( ) وضعت بعد حساب إختلاف المنظر لتسعة نجوم قيفاوية قريبة باستخدام مرصد هابل.
( ) تقاس بالأيام،[14][17] تستخدم هذه العلاقة أيضاً لحساب بُعد هذه النجوم.
التأثير
عدل
القيفاوية الكلاسيكية المعروفة أيضًا بقيفاويات الجمهرة الأولى، نجوم نابضة تنبض بمعدل مستقر جداً يتراوح بين عدة أيام إلى أشهر، أكتشفت المتغيرات القيفاوية عام 1784 من قبل إدوارد بيغوت [الإنجليزية] بعد ملاحظته لأول مرة أن سطوع نجم إيتا العقاب [الإنجليزية] يتغير بشكل نبضي،[18] بعد أشهر قليلة لاحظ العالم جون غودريك نبضات سطوع نجم دلتا قيفاوس ومنه أخذت تسمية هذا النوع من النجوم المتغيرة،[19] أغلب القيفاويات يتم التعرف عليها من خلال المنحنى الضوئي الخاص بها والذي يظهر زيادة سريعة في السطوع وصولاً إلى القيمة القصوى له ثم يتبعه هبوط بطيء.
نجوم القيفاويات الكلاسيكية تملك كتل تتراوح بين 4 إلى 20 ضعف كتلة شمسية وإضاءة أكبر بـ 100،000 مرة،[20][21] تصنف هذه القيفاويات على أنها عمالقة ساطعة صفراء أو نجوم فائقة العملقة ومراتبها الطيفية تتراوح بين (F6 و K2)، كما أن نصف قطر النجم من هذا النوع يتغير بنسبة 10% خلال دورة النبضة الواحدة.[22]
دراسة ليفيت على قيفاويات سحابتي ماجلان أدى إلى إستنتاج علاقة بين إضاءة المتغيرات القيفاوية ودور النبضات (تردد النبض)، هذا الإكتشاف قاد العلماء إلى الإمساك بأول «شمعة قياسية» يمكن إستخدامها لقياس المسافات في الكون على مستوى المجرة، بل وعلى مستوى أبعد من المجرة بعد أن تم تشخيص عدد من القيفاويات في مجرات أخرى، مثل مجرة المرأة المسلسلة، لتستعمل هذه النجوم كأحد الأدلة المهمة على أن ما تمت تسميته سابقاً «السدم الحلزونية» هي في الحقيقة مجرات أخرى خارج مجرتنا درب التبانة، إكتشاف المجرات الجديدة أعطى تصوراً جديداً عن الكون ومثّل بداية التحول في علم الكونيات، وكما أزاح هارلو شابلي الشمس عن كونها مركز المجرة في المناظرة الكبرى عام 1920، قام إدوين هابل بإزاحة مجرتنا درب التبانة عن مركز الكون.
وجود قانون يتيح قياس المسافات بين المجرية أزدل الستار عن حقبة جديدة في علم الفضاء الحديث تمثلت بفهم بنية الكون ومقاييسه،[23] كما مهد هذا لإكتشاف تمدد الكون من قبل جورج لومتر وإدوين هابل.
طالع أيضًا
عدلالمراجع
عدل- ^ "A century of cepheids: Two astronomers, a hundred years apart, use stars to measure the Universe". SDSS. 9 يناير 2019. مؤرشف من الأصل في 2020-09-20. اطلع عليه بتاريخ 2021-02-17.
- ^ Udalski، A.؛ Soszynski، I.؛ Szymanski، M.؛ Kubiak، M.؛ Pietrzynski، G.؛ Wozniak، P.؛ Zebrun، K. (13 أكتوبر 1999). "The Optical Gravitational Lensing Experiment. Cepheids in the Magellanic Clouds. IV. Catalog of Cepheids from the Large Magellanic Cloud". arXiv:astro-ph/9908317. مؤرشف من الأصل في 2020-11-26.
- ^ Soszynski، I.؛ Poleski، R.؛ Udalski، A.؛ Szymanski، M. K.؛ Kubiak، M.؛ Pietrzynski، G.؛ Wyrzykowski، L.؛ Szewczyk، O.؛ Ulaczyk، K. (6 أكتوبر 2008). "The Optical Gravitational Lensing Experiment. The OGLE-III Catalog of Variable Stars. I. Classical Cepheids in the Large Magellanic Cloud". arXiv:0808.2210 [astro-ph]. مؤرشف من الأصل في 2021-01-15.
- ^ Freedman، W. L.؛ Madore، B. F.؛ Gibson، B. K.؛ Ferrarese، L.؛ Kelson، D. D.؛ Sakai، S.؛ Mould، J. R.؛ Kennicutt، Jr؛ Ford، H. C. (20 مايو 2001). "Final Results from the Hubble Space Telescope Key Project to Measure the Hubble Constant". The Astrophysical Journal. ج. 553 ع. 1: 47–72. DOI:10.1086/320638. ISSN:0004-637X. مؤرشف من الأصل في 2021-01-13.
- ^ Tammann، G. A.؛ Sandage، A.؛ Reindl، B. (2008-07). "The expansion field: The value of H_0". The Astronomy and Astrophysics Review. ج. 15 ع. 4: 289–331. DOI:10.1007/s00159-008-0012-y. ISSN:0935-4956. مؤرشف من الأصل في 2020-11-05.
{{استشهاد بدورية محكمة}}: تحقق من التاريخ في:|تاريخ=(مساعدة) - ^ Majaess، Daniel J.؛ Turner، David G.؛ Lane، David J. (1 سبتمبر 2009). "Characteristics of the Galaxy according to Cepheids". Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. ج. 398 ع. 1: 263–270. DOI:10.1111/j.1365-2966.2009.15096.x. مؤرشف من الأصل في 2020-12-08.
- ^ Freedman، Wendy L.؛ Madore، Barry F. (2010-08). "The Hubble Constant". Annual Review of Astronomy and Astrophysics. ج. 48 ع. 1: 673–710. DOI:10.1146/annurev-astro-082708-101829. ISSN:0066-4146. مؤرشف من الأصل في 2021-02-05.
{{استشهاد بدورية محكمة}}: تحقق من التاريخ في:|تاريخ=(مساعدة) - ^ Leavitt, Henrietta S. (1908). "1777 variables in the Magellanic Clouds". Annals of Harvard College Observatory (بالإنجليزية). 60: 87–108.3. Archived from the original on 2021-01-01.
- ^ ا ب Leavitt, Henrietta S.; Pickering, Edward C. (1912-03). "Periods of 25 Variable Stars in the Small Magellanic Cloud". Harvard College Observatory Circular (بالإنجليزية). 173: 1–3. Archived from the original on 2020-12-22.
{{استشهاد بدورية محكمة}}: تحقق من التاريخ في:|تاريخ=(help) - ^ ا ب Fernie, J. D. (1969-12). "The Period-Luminosity Relation: A Historical Review". Publications of the Astronomical Society of the Pacific (بالإنجليزية). 81 (483): 707. DOI:10.1086/128847. ISSN:0004-6280. Archived from the original on 2020-06-14.
{{استشهاد بدورية محكمة}}: تحقق من التاريخ في:|تاريخ=(help) - ^ Baade, W. (1956-02). "The Period-Luminosity Relation of the Cepheids". Publications of the Astronomical Society of the Pacific (بالإنجليزية). 68: 5. DOI:10.1086/126870. ISSN:0004-6280. Archived from the original on 2019-03-28.
{{استشهاد بدورية محكمة}}: تحقق من التاريخ في:|تاريخ=(help) - ^ Sesar، Branimir؛ Fouesneau، Morgan؛ Price-Whelan، Adrian M.؛ Bailer-Jones، Coryn A. L.؛ Gould، Andy؛ Rix، Hans-Walter (31 مارس 2017). "A Probabilistic Approach to Fitting Period–luminosity Relations and Validating Gaia Parallaxes". The Astrophysical Journal. ج. 838 ع. 2: 107. DOI:10.3847/1538-4357/aa643b. ISSN:1538-4357. مؤرشف من الأصل في 2020-02-08.
{{استشهاد بدورية محكمة}}: صيانة الاستشهاد: دوي مجاني غير معلم (link) - ^ Hertzsprung, Ejnar (1913-11). "Über die räumliche Verteilung der Veränderlichen vom δ Cephei-Typus". Astronomische Nachrichten (بالإنجليزية). 196: 201. ISSN:0004-6337. Archived from the original on 2020-08-04.
{{استشهاد بدورية محكمة}}: تحقق من التاريخ في:|تاريخ=(help) - ^ ا ب Benedict, G. Fritz; McArthur, Barbara E.; Feast, Michael W.; Barnes, Thomas G.; Harrison, Thomas E.; Patterson, Richard J.; Menzies, John W.; Bean, Jacob L.; Freedman, Wendy L. (2007-04). "Hubble Space Telescope Fine Guidance Sensor Parallaxes of Galactic Cepheid Variable Stars: Period-Luminosity Relations". The Astronomical Journal (بالإنجليزية). 133 (4): 1810–1827. DOI:10.1086/511980. ISSN:0004-6256. Archived from the original on 2020-06-10.
{{استشهاد بدورية محكمة}}: تحقق من التاريخ في:|تاريخ=(help) - ^ Kervella، P.؛ Mérand، A.؛ Szabados، L.؛ Fouqué، P.؛ Bersier، D.؛ Pompei، E.؛ Perrin، G. (2008-03). "The long-period Galactic Cepheid RS Puppis: I. A geometric distance from its light echoes". Astronomy & Astrophysics. ج. 480 ع. 1: 167–178. DOI:10.1051/0004-6361:20078961. ISSN:0004-6361. مؤرشف من الأصل في 2008-08-27.
{{استشهاد بدورية محكمة}}: تحقق من التاريخ في:|تاريخ=(مساعدة) - ^ Bond، H. E.؛ Sparks، W. B. (2009-02). "On geometric distance determination to the Cepheid RS Puppis from its light echoes". Astronomy & Astrophysics. ج. 495 ع. 2: 371–377. DOI:10.1051/0004-6361:200810280. ISSN:0004-6361. مؤرشف من الأصل في 3 يونيو 2018.
{{استشهاد بدورية محكمة}}: تحقق من التاريخ في:|تاريخ=(مساعدة) - ^ Benedict، G. Fritz؛ McArthur، B. E.؛ Fredrick، L. W.؛ Harrison، T. E.؛ Slesnick، C. L.؛ Rhee، J.؛ Patterson، R. J.؛ Skrutskie، M. F.؛ Franz، O. G. (2002-09). "Astrometry with the [ITAL]Hubble Space Telescope[/ITAL]: A Parallax of the Fundamental Distance Calibrator δ Cephei". The Astronomical Journal. ج. 124 ع. 3: 1695–1705. DOI:10.1086/342014. مؤرشف من الأصل في 26 فبراير 2021.
{{استشهاد بدورية محكمة}}: تحقق من التاريخ في:|تاريخ=(مساعدة) - ^ "VII. Observations of a new variable star. In a letter from Edward Pigott, Esq. to Sir. H. C. Englefield, Bart. F.R.S. and A.S". Philosophical Transactions of the Royal Society of London (بالإنجليزية). 75: 127–136. 31 Dec 1785. DOI:10.1098/rstl.1785.0007. ISSN:0261-0523. Archived from the original on 2020-11-21.
- ^ "II. A series of observations on, and a discovery of, the period of the variation of the light of the star marked δ by Bayer, near the head of Cepheus. In a letter from John Goodricke, Esq. to Nevil Maskelyne, D.D. F. R. S". Philosophical Transactions of the Royal Society of London (بالإنجليزية). 76: 48–61. 31 Dec 1786. DOI:10.1098/rstl.1786.0002. ISSN:0261-0523. Archived from the original on 2020-11-22.
- ^ Turner, David G. (1996-04). "The Progenitors of Classical Cepheid Variables". Journal of the Royal Astronomical Society of Canada (بالإنجليزية). 90: 82. ISSN:0035-872X. Archived from the original on 2020-08-03.
{{استشهاد بدورية محكمة}}: تحقق من التاريخ في:|تاريخ=(help) - ^ Turner, David G. (2010-04). "The PL calibration for Milky Way Cepheids and its implications for the distance scale". Astrophysics and Space Science (بالإنجليزية). 326 (2): 219–231. DOI:10.1007/s10509-009-0258-5. ISSN:0004-640X. Archived from the original on 6 أبريل 2020.
{{استشهاد بدورية محكمة}}: تحقق من التاريخ في:|تاريخ=(help) - ^ Rodgers, A. W. (1 Feb 1957). "Radius Variation and Population Type of Cepheid Variables". Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (بالإنجليزية). 117 (1): 85–94. DOI:10.1093/mnras/117.1.85. ISSN:0035-8711. Archived from the original on 2021-02-18.
- ^ "1912: Henrietta Leavitt Discovers the Distance Key | Everyday Cosmology". web.archive.org. 4 يونيو 2014. مؤرشف من الأصل في 2014-06-04. اطلع عليه بتاريخ 2021-02-17.
