Curva de luz

En astronomía , una curva de luz es una gráfica de la intensidad de la luz de un objeto o región celeste en función del tiempo, generalmente con la magnitud de la luz recibida en el eje y y el tiempo en el eje x . La luz suele estar en un intervalo o banda de frecuencia particular .

Las curvas de luz pueden ser periódicas, como en el caso de los sistemas binarios eclipsantes , las variables cefeidas , otras variables periódicas y los planetas extrasolares en tránsito ; o aperiódicas , como la curva de luz de una nova , una estrella variable cataclísmica , una supernova , un evento de microlente o un sistema binario observado durante eventos de ocultación . El estudio de una curva de luz y otras observaciones puede proporcionar información considerable sobre el proceso físico que la produce o bien, restringir las teorías físicas al respecto.

Los gráficos de la magnitud aparente de una estrella variable a lo largo del tiempo se utilizan comúnmente para visualizar y analizar su comportamiento. Aunque la categorización de los tipos de estrellas variables se basa cada vez más en sus propiedades espectrales, las amplitudes, los periodos y la regularidad de sus cambios de brillo siguen siendo factores importantes. Algunos tipos, como las cefeidas, tienen curvas de luz extremadamente regulares con exactamente el mismo periodo, amplitud y forma en cada ciclo. Otras, como las variables Mira, tienen curvas de luz algo menos regulares con grandes amplitudes de varias magnitudes, mientras que las variables semirregulares son aún menos regulares y tienen amplitudes menores. ^{[ 1 ]}

Las formas de las curvas de luz de las estrellas variables proporcionan información valiosa sobre los procesos físicos subyacentes que producen los cambios de brillo. Para las variables eclipsantes, la forma de la curva de luz indica el grado de totalidad, los tamaños relativos de las estrellas y sus brillos superficiales relativos. ^{[ 2 ]} También puede mostrar la excentricidad de la órbita y las distorsiones en la forma de las dos estrellas. ^{[ 3 ]} Para las estrellas pulsantes, la amplitud o el período de las pulsaciones pueden relacionarse con la luminosidad de la estrella, y la forma de la curva de luz puede ser un indicador del modo de pulsación. ^{[ 4 ]}

Supernovas

Las curvas de luz de las supernovas pueden indicar el tipo de supernova. Aunque los tipos de supernovas se definen en función de sus espectros, cada una tiene formas de curva de luz típicas. Las supernovas de tipo I tienen curvas de luz con un máximo pronunciado y un declive gradual, mientras que las supernovas de tipo II tienen máximos menos pronunciados. Las curvas de luz son útiles para clasificar las supernovas débiles y para determinar los subtipos. Por ejemplo, las de tipo II-P (de meseta) tienen espectros similares a las de tipo II-L (lineal), pero se distinguen por una curva de luz en la que el declive se estabiliza durante varias semanas o meses antes de reanudarse. ^{[ 5 ]}

En ciencias planetarias , una curva de luz se puede usar para derivar el período de rotación de un planeta menor , luna o núcleo de cometa . Desde la Tierra, a menudo es imposible resolver un objeto pequeño en el Sistema Solar , incluso con los telescopios más potentes , ya que el tamaño angular aparente del objeto es menor que un píxel en el detector. Por lo tanto, los astrónomos miden la cantidad de luz producida por un objeto en función del tiempo (la curva de luz). La separación temporal de los picos en la curva de luz proporciona una estimación del período de rotación del objeto. La diferencia entre los brillos máximo y mínimo (la amplitud de la curva de luz) puede deberse a la forma del objeto o a áreas brillantes y oscuras en su superficie. Por ejemplo, la curva de luz de un asteroide asimétrico generalmente tiene picos más pronunciados, mientras que la curva de luz de un objeto más esférico será más plana. ^{[ 6 ]} Esto permite a los astrónomos inferir información sobre la forma y el giro (pero no el tamaño) de los asteroides.

Curvas de luz de ocultación

La curva de luz de la ocultación se caracteriza a menudo como binaria, donde la luz de la estrella se interrumpe instantáneamente, permanece constante durante un tiempo y se restablece de nuevo instantáneamente. La duración es equivalente a la longitud de una cuerda que atraviesa el cuerpo que se oculta.

Las circunstancias en las que las transiciones no son instantáneas son:

• Cuando el cuerpo que oculta o el cuerpo ocultado son dobles, por ejemplo una estrella doble o un asteroide doble , entonces se observa una curva de luz escalonada.
• Cuando el cuerpo oculto es grande, por ejemplo una estrella como Antares, las transiciones son graduales.
• cuando el cuerpo que oculta tiene atmósfera, por ejemplo la luna Titán ^{[ 8 ]}

Las observaciones se registran normalmente mediante equipos de vídeo y la desaparición y reaparición se cronometran utilizando un insertador de tiempo de vídeo (VTI) sincronizado con GPS .

Las curvas de luz de ocultación se archivan en el servicio VizieR . ^{[ 9 ]}

Las caídas periódicas en la gráfica de la curva de luz de una estrella podrían deberse al paso de un exoplaneta frente a la estrella que orbita. Cuando un exoplaneta pasa frente a su estrella, la luz de esta se bloquea temporalmente, lo que provoca una caída en su curva de luz. Estas caídas son periódicas, ya que los planetas orbitan una estrella periódicamente. Muchos exoplanetas se han descubierto mediante este método, conocido como método de tránsito astronómico .

La inversión de la curva de luz es una técnica matemática que se utiliza para modelar las superficies de objetos en rotación a partir de sus variaciones de brillo. Esto puede utilizarse para obtener imágenes de manchas estelares o albedos de la superficie de asteroides . ^{[ 10 ] [ 11 ]}

El microlente gravitacional es un proceso en el que objetos astronómicos relativamente pequeños y de baja masa provocan un breve aumento en el brillo de un objeto más distante. Esto se debe al pequeño efecto relativista, similar al de lentes gravitacionales más grandes , pero permite la detección y el análisis de objetos estelares y planetarios que de otro modo serían invisibles. Las propiedades de estos objetos se pueden inferir a partir de la forma de la curva de luz del lente gravitacional. Por ejemplo, PA-99-N2 es un evento de microlente gravitacional que podría deberse a una estrella en la galaxia de Andrómeda que posee un exoplaneta . ^{[ 12 ]}

• El generador de curvas de luz en línea de AAVSO (archivado el 21/12/2020 en Wayback Machine) puede trazar curvas de luz para miles de estrellas variables.
• Los catálogos de astronomía abierta contienen curvas de luz para varios tipos de fenómenos transitorios, incluidas las supernovas.
• Curvas de luz: Una introducción de Imagine the Universe de la NASA.
• Base de datos DAMIT de modelos de asteroides obtenidos mediante técnicas de inversión.