RAP
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Initiation à la Spectrographie de la théorie à la pratique RAP 2007 Craponne sur Arzon 19 mai 2007 François Cochard [email protected] Le menu... • • • • • C'est quoi un spectre? Rappels théoriques Le Lhires III Quelques projets Conclusion Attention, cette présentation peut avoir des effets étonnants sur l'organisation de vos loisirs dans les prochains mois... Il est plus facile de faire un spectre d'étoile à haute résolution qu'une belle image du ciel profond La spectrographie fait appel à une science beaucoup plus abordable que l'imagerie classique C'est quoi un spectre ? C'est quoi un «spectre»? Fente Objet ponctuel (ex: étoile) Objet étalé (ex: Soleil) Exemples de spectres Basse résolution (réseau 150 t/mm) Haute résolution (réseau 2400 t/mm) 2D / 1D ? L'extraction du spectre passe du spectre 2D (image) au spectre 1D (courbe. ➢ Une coupe simple ne suffit pas (mauvais rapport signal/bruit) ➢ L'extraction optimisée est faite dans la plupart des logiciels (ex: L_OPT dans IRIS) ➢ Résolution ? Basse résolution (réseau 150 t/mm) Comparaison entre un spectre de Véga en basse résolution (150tt/mm) et en haute résolution (2400tt/mm). ➢ Basse résolution: ➢Forme générale ➢ Profil de Planck ➢ Haute résolution ➢Profil de raies (Profil de Voigt...) ➢FWHM ➢Largeur Equivalente ➢ Haute résolution (réseau 2400 t/mm) Lois de Kirchhoff 1 2 3 1 Un gaz à pression élevé, un liquide ou un solide, s'ils sont chauffés, émettent un rayonnement continu qui contient toutes les couleurs; 2 Un gaz à basse pression et basse température, s'il est situé entre une source de rayonnement continu et un observateur, absorbe certaines couleurs (spectre de raies en absorption). 3 Un gaz chaud à basse pression émet un rayonnement uniquement pour certaines couleurs (spectre de raies en émission) Profil de corps noir 1 Profil de Plank 12.000 K Intensité 10.000 K 8.000 K 5.000 K 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 Longueur d'onde (angstroms) 8000 9000 10000 Spectre électromagnétique... Informations du profil Loi de Stefan: Intensité (sous la courbe) = Constante * T4 ➢ Loi de Wien: λ max * Temperature = Constante (2900 µm.K) ➢ ==>Température = Couleur !!! Domaine Visible = 400-700nm (4000A-7000A) Une fenêtre étroite ! Source: Getting the measure of the stars (WA Cooper & EN Walker) 2 Raies d'absorption • Le spectre stellaire a la forme (continuum) d’un spectre de corps noir • L’atmosphère, plus froide, absorbe certaines longueurs d’ondes 2 Raies d'absorption Raies d'absorption/émission ∆Energie = h * ν = h *c / λ 3 Raies en émission • Les lampes de calibration (ici: lampe de Néon interne au Lhires III) forment des raies en émission. Table des éléments Intensité relative des éléments Effet Doppler λ− λ λ+ Eloignement des galaxies = décalage vers le rouge (red shift) = c En résumé... La lumière venant des étoiles nous renseigne sur: • leur température [profil général] • leur composition et les conditions physiques d'excitation ou d'ionisation (donc de température) [présence de raies] • La composition chimique quantitative, la pression, la gravité de l'étoile [intensité des raies] • Les déplacements [effet Doppler] ● Eloignement ou de rapprochement (vitesse radiale) ● Rotation ● Expansion 27/05/07 (c) 2006 - Shelyak Instruments 21 27/05/07 (c) 2006 - Shelyak Instruments 22 Caractéristiques Spectrographe de type Littrow Haute Résolution (λ/∆λ de 17000 autour de Hα) Dispersion de 0.01nm (caméra de 9µm) Optimisé pour un instrument ouvert à f/10 Adaptable à tout type d'instruments Adaptation à différents types de détecteurs: caméras CCD, Appareil Photographiques Numériques, webcam... Fente réfléchissante pour un guidage précis Compact (250mm x 200mm x 83mm) et léger (1.6kg) Supports et réseaux complémentaires en option pour adapter la résolution à son projet Visuel sur le Soleil pour des animations Utilisable en spectro-héliographie 27/05/07 (c) 2006 - Shelyak Instruments 23 Le Lhires III 27/05/07 (c) 2006 - Shelyak Instruments 24 Configuration « nominale » 27/05/07 (c) 2006 - Shelyak Instruments 26 Acquisition des spectres 27/05/07 (c) 2006 - Shelyak Instruments 27 Traitement des spectres 2D 1D u a D 2 du e g a s s Pa 27/05/07 (c) 2006 - Shelyak Instruments 28 Traitement et analyse des spectres 1D 27/05/07 (c) 2006 - Shelyak Instruments 29 L'exploitation scientifique 27/05/07 (c) 2006 - Shelyak Instruments 30 Ordres de grandeurs • 1 Å = 0,1 nm = 50km/sec • Spectre visible: 3000-7000 Å (300-700 nm) • Sensibilité des CCD: 3000-9000 Å Dispersion (Hα) Ǻ/pix km/s Pouvoir de résolution Champ Magnitude limite Ǻ Réseau utilisé – Lhires III – t/mm 2400 1200 600 300 150 0,1 0,3 0,7 1,5 3,0 5 17 35 75 150 17000 6000 2700 1300 600 85 250 550 1100 2300 5 6 7 8 9 Calculs théor. (ETCL): T200mm, Lhires III (fente 30µm), KAF0400, 1 h de pose, S/B=100 Selon vos observations, il faudra trouver le bon compromis entre Résolution, Champ spectral, Magnitude limite, Rapport Signal/bruit et Temps de pose 27/05/07 (c) 2006 - Shelyak Instruments 31 Quelques projets... 1 Le Sodium sous toutes ses formes! 2 Observation du spectre du soleil en visuel 3 Spectre du Soleil en basse résolution 4 Spectro-Héliographie 5 Spectres stellaires: Classification BR 6 Spectres stellaires: Classification HR 7 Spectres de nébuleuses 8 Novae: vitesse d'éjection de l'enveloppe 9 Vitesses radiales 10 Vitesse de la terre... et masse du soleil ! 11 Rotation des planètes Jupiter et Saturne 12 Binaires spectroscopiques 13 Etoiles Be (collaboration pros-amateurs) 27/05/07 (c) 2006 - Shelyak Instruments 32 1 – Le Sodium sous toutes ses formes! Sel Allumette Cornichon ! Sirius Soleil Lampadaire 27/05/07 (c) C. Buil / Benoit Minster (c) 2006 - Shelyak Instruments 33 2 – Observation visuelle du spectre solaire (c) Robin Leadbeater 27/05/07 (c) 2006 - Shelyak Instruments 34 Olivier Thizy – Janvier 2007 Lhires III – 300tt/mm; Digital Rebel / EOS300D Fait au Pic du Midi (ie: peu d'atmosphère!) 27/05/07 (c) 2006 - Shelyak Instruments Hα Doublet du Sodium Triplet du Magnésium Hδ H/K (Calcium) Hβ 3 – Spectre solaire en basse résolution 35 4 – Spectro-Héliographie 27/05/07 (c) 2006 - Shelyak Instruments 36 5 – Spectres stellaires: Classification BR A0 Be M5 C8 – Lhires III (150tt/mm) – EOS 300D – Poses de 30 sec – Sans ordinateur ! 27/05/07 (c) 2006 - Shelyak Instruments 37 6 – Spectres stellaires: Classification HR Oh-Be-A-Fine-Girl-Kiss-Me Lhires III & APN Séquence de spectres dans la région du triplet du Calcium. La température des objets s'abaisse en allant du haut vers le bas. © Christian Buil 27/05/07 (c) 2006 - Shelyak Instruments 38 7 – Spectres de nébuleuses Hα 6563 [OIII] 5007 Hβ 4861 [OIII] 4959 27/05/07 [NII] 6583 [NII] 6548 HeI 5876 (c) 2006 - Shelyak Instruments Spectre de M42 - Lhires III (150tt/mm) + KAF1600 / Acquisition: Benjamin Mauclaire / Traitement: Olivier Thizy Image de M42: Olivier Garde & Adrien Viciana (CALA) HeI 6678 39 8 – Novae: vitesse d'éjection de l'enveloppe V1280 Sco V4743 Sgr 50 Å 2500 km/s 27/05/07 RS Oph (c) 2006 - Shelyak Instruments 40 9 – Vitesses radiales d'étoiles Spectres comparés de SAO104807, Altair, et SAO112958 27/05/07 (c) 2006 - Shelyak Instruments 41 10 – Vitesse de la Terre... Masse du Soleil T =2 2 T = a V 4 2 Gm1m 2 a 3 En juillet... Terre a Soleil V = 30 km/s (+6 pixels) m1 En janvier... 27/05/07 V = 30 km/s (-6 pixels) Terre (c) 2006 - Shelyak Instruments m2 42 11 – Rotation de Jupiter et Saturne Cas de Saturne: Décalage = 7 pixels = 8,8 km/s Période de 10,6 h >> Rayon = 107511 km >> Distance de la terre ! 4 2 2 Par les anneaux... Masse ! >> Densité ! G m 1m2 T = a 3 = c (c) 2006 - Shelyak Instruments pas de manière solide 43! ...27/05/07 et on prouve que les anneaux ne tournent 12 – Binaires spectroscopiques Beta Auriga 2 spectres à 72h d'intervalle Par la troisième loi de Kepler, on peut facilement remonter au rapport de masse des deux étoiles ! 57 Cyg (C. Buil) 27/05/07 (c) 2006 - Shelyak Instruments Evolution de bêta Aurigae sur 3h... 44 13 – Etoiles Be (programme Corot !) Magnétisme, ou Pulsations ? Vos mesures permettront de trancher ! Collaboration Amateurs - Professionnels 27/05/07 (c) 2006 - Shelyak Instruments 45 Envie d'aller plus loin? - S'inscrire sur la liste de distribution Spectro-L: http://groups.yahoo.com/group/spectro-l/ - Participer à des stages, des rencontres... - Se rapprocher de clubs qui ont fait le choix de la spectro (dans la région: SAL, CALA...) - Manipuler les logiciels & tutoriaux - Nous contacter: [email protected] !!! Les deux conditions essentielles pour bien démarrer Maîtriser son télescope Maîtriser les bases de http://www.shelyak.com l'imagerie numérique 27/05/07 (c) 2006 - Shelyak Instruments 46 Quelques liens utiles Groupe ARAS: http://www.astrosurf.com/aras/ Liste Spectro-L: http://groups.yahoo.com/group/spectro-l/ Site Iris: http://www.astrosurf.org/buil/ Iris / SPIris: http://www.astrosurf.org/buil/us/iris/iris.htm VisualSpec: http://astrosurf.com/vdesnoux/ Audela: http://www.astrosurf.com/aude/ Prism: http://www.astroccd.com/prism/fr/ BeSS: http://basebe.obspm.fr/basebe/Accueil.php Projet Corot: http:/www.astrosurf.org/buil/corot/data.htm CDS Strasbourg http://http://cdsweb.u-strasbg.fr/ ADS (articles) http://http://adsabs.harvard.edu/abstract_service.html Quelques livres utiles Astronomie Astrophysique – Introduction. Agnès Acker, édition Dunod (4è édition) Excellent livre de cours avec des projets toutes les pages! Un must!!! Stars and their spectra; James B Kaler, édition Cambridge [anglais] Un très bon livre qui parcours le diagramme HR en présentant les caractéristiques spectrales. A avoir dans sa bibliothèque si vous lisez l'anglais!!! Astronomie Méthodes et Calculs (exercices corrigés); Agnès Acker et Carlos Jaschek, édition Masson (3è édition). Stellar Photospheres; David F. Gray, édition Cambridge [anglais] Merci ! Fabriqué et distribué par Shelyak Instruments Tél.: 04.76.41.36.81 http://www.shelyak.com Email: [email protected]
