光曲線

天文学において、光度曲線とは、天体または天体の領域の光の強度を時間の関数として表したグラフであり、通常、 y軸には受信する光の強度、x軸には時間が表されます。光は通常、特定の周波数間隔または帯域内にあります。

光度曲線は、食連星、ケフェイド変光星、その他の周期変光星、太陽系外惑星の場合のように周期的なものもあれば、掩蔽現象中に観測される新星、激変星、超新星、マイクロレンズ現象、連星の 光度曲線のように非周期的なものもある。光度曲線を他の観測と併せて研究することで、光度曲線を生み出す物理的プロセスに関する重要な情報が得られ、光度曲線に関する物理的理論に制約が課される可能性がある。

変光星の見かけの等級を時間とともにグラフ化することは、変光星の挙動を視覚化し分析するためによく使用されます。変光星の種類の分類は、スペクトル特性に基づいて行われることが多くなっていますが、明るさの変化の振幅、周期、規則性は依然として重要な要素です。セフェイド変光星などの一部の変光星は、各周期でまったく同じ周期、振幅、形状を持つ非常に規則的な光曲線を持ちます。ミラ変光星などの他の変光星は、数等級の大きな振幅を持つやや規則性に欠ける光曲線を持ちます。一方、半規則変光星はさらに規則性に欠け、振幅は小さくなります。^[1]

変光星の光度曲線の形状は、明るさの変化を生み出す基礎となる物理プロセスに関する貴重な情報を提供します。食変光星の場合、光度曲線の形状は皆既の度合い、星の相対的な大きさ、およびそれらの相対的な表面輝度を示します。^[2]また、軌道の離心率や2 つの星の形状の歪みも示す場合があります。 ^[3] 脈動星の場合、脈動の振幅または周期は星の明るさに関連し、光度曲線の形状は脈動モードの指標になります。^[4]

超新星の光度曲線は、超新星の種類を示すことができる。超新星の種類はスペクトルに基づいて定義されるが、それぞれに典型的な光度曲線の形がある。I型超新星の光度曲線は、急激に最大となり、徐々に減少するが、II型超新星の光度曲線はそれほど急激ではない。光度曲線は、微弱な超新星の分類やサブタイプの判定に役立つ。例えば、II-P型（プラトー）はII-L型（線形）とスペクトルが似ているが、数週間または数か月間減少が平坦になり、その後再び減衰するという光度曲線によって区別される。^[5]

惑星科学では、光度曲線を使用して小惑星、月、または彗星の核の自転周期を導き出すことができます。地球からは、最も強力な望遠鏡でさえ、太陽系の小さな物体を分解することができないことがよくあります。これは、物体の見かけの角度サイズが検出器の1ピクセルよりも小さいためです。したがって、天文学者は物体が生成する光の量を時間の関数として測定します（光度曲線）。光度曲線のピークの時間間隔は、物体の自転周期の推定値を与えます。最大輝度と最小輝度の差（光度曲線の振幅）は、物体の形状、またはその表面の明るい領域と暗い領域に起因する可能性があります。たとえば、非対称の小惑星の光度曲線は、通常、ピークがより顕著ですが、より球形の物体の光度曲線はより平坦になります。^[6]これにより、天文学者は小惑星の形状と回転（サイズではない）に関する情報を推測できます。

共同小惑星光度曲線リンク（CALL）の小惑星光度曲線データベース（LCDB）は、小惑星光度曲線の周期解の品質を評価するために数値コードを使用しています（必ずしも実際の基礎データを評価するわけではありません）。品質コードパラメータUの範囲は0（不正確）から3（明確に定義されている）です。^[7]

• U = 0 → 結果は後に誤りであると証明された
• U = 1 → 断片的な光曲線に基づく結果であり、完全に間違っている可能性があります。
• U = 2 → 完全なカバレッジに満たない範囲に基づく結果。期間は 30 パーセント間違っているか、不明確である可能性があります。
• U = 3 → 指定された精度内で確実な結果が得られます。曖昧さはありません。
• U = na → 利用不可。不完全または不確定な結果。

末尾のプラス記号（+）またはマイナス記号（−）は、符号なしの値よりもわずかに品質が良いか悪いかを示すためにも使用されます。^[7]

掩蔽光曲線は、しばしば連星として特徴付けられ、星からの光が瞬間的に停止し、持続時間中一定のままで、瞬間的に回復します。持続時間は、掩蔽天体を横切る 弦の長さに相当します。

遷移が瞬時に行われない状況は次のとおりです。

• 掩蔽する天体または掩蔽される天体のいずれかが二重である場合、例えば二重星または二重小惑星の場合、階段状の光度曲線が観測されます。
• 掩蔽される天体が大きい場合、例えばアンタレスのような星の場合、遷移は緩やかになります。
• 掩蔽天体が大気を持っている場合、例えば衛星タイタン^[8]

観察は通常、ビデオ機器を使用して記録され、消失と再出現の時間はGPS制御のビデオ タイム インサーター (VTI) を使用して計測されます。

掩蔽光曲線はVizieRサービスにアーカイブされています。^[9]

恒星の光度曲線グラフに周期的な落ち込みが生じるのは、太陽系外惑星が周回する恒星の前を通過するためである可能性があります。太陽系外惑星が恒星の前を通過すると、その恒星からの光が一時的に遮断され、恒星の光度曲線に落ち込みが生じます。惑星は恒星の周りを周期的に周回するため、この落ち込みは周期的です。多くの太陽系外惑星がこの方法、つまり天文通過法によって発見されています。

光曲線反転は、回転する物体の表面をその明るさの変化からモデル化するために使用される数学的手法である。この手法は、星の黒点や小惑星の表面アルベドを効果的に画像化するために使用できる。^{[10] [11]}

マイクロレンズ効果とは、比較的小型で低質量の天体が、より遠くの天体の明るさを一時的にわずかに増加させる現象である。これは、より大きな重力レンズのような小さな相対論的効果によって引き起こされるが、通常は見えない恒星や惑星質量の天体の検出と分析を可能にする。これらの天体の特性は、レンズ効果の光曲線の形状から推測できる。例えば、PA-99-N2は、アンドロメダ銀河の恒星と太陽系外惑星によるマイクロレンズ効果である可能性がある。^[12]

• AAVSOオンライン光度曲線ジェネレーターは、2020年12月21日にWayback Machineにアーカイブされてお​​り、何千もの変光星の光度曲線をプロットすることができます。
• オープン天文学カタログには、超新星を含むいくつかの一時的なタイプの光度曲線が掲載されている。
• 光曲線: NASA の Imagine the Universe による紹介
• DAMIT 逆解析技術による小惑星モデルのデータベース