de la théorie à la pratique - shelyak-instruments.com · Image de M42: Olivier Garde & Adrien Viciana (CALA) H ... Agnès Acker, édition Dunod (4è édition) Excellent livre de

Initiation à laSpectrographie

de la théorie à la pratique

RAP 2007Craponne sur Arzon

19 mai 2007

François [email protected]

Le menu...

• C'est quoi un spectre?• Rappels théoriques• Le Lhires III• Quelques projets• Conclusion

Attention, cette présentationpeut avoir des effets étonnantssur l'organisation de vos loisirs

dans les prochains mois...

Il est plus facile de faireun spectre d'étoileà haute résolutionqu'une belle image

du ciel profond

La spectrographie fait appelà une science

beaucoup plus abordableque l'imagerie classique

C'est quoiun spectre ?

C'est quoi un «spectre»?

Objet étalé (ex: Soleil)

Fente

Objet ponctuel (ex: étoile)

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)

Haute résolution(réseau 2400 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

Lois de Kirchhoff

Un gaz à pression élevé, un liquide ou un solide, s'ils sont chauffés, émettent un rayonnement continu qui contient toutes les couleurs;

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).

Un gaz chaud à basse pression émet un rayonnement uniquement pour certaines couleurs (spectre de raies en émission)

1

2

3

1

2

3

Profil de corps noir

1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000

Profil de Plank

Longueur d'onde (angstroms)

Inte

nsité

12.000 K10.000 K

8.000 K5.000 K

1

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)

Raies d'absorption2

• Le spectre stellaire a la forme (continuum) d’un spectre de corps noir

• L’atmosphère, plus froide, absorbe certaines longueurs d’ondes

Raies d'absorption2

Raies d'absorption/émission

∆Energie = h * ν = h *c / λ

Raies en émission3

• 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+

=c

Eloignementdes galaxies

=décalage

vers le rouge(red shift)

27/05/07 (c) 2006 - Shelyak Instruments 21

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



CaractéristiquesSpectrographe de type LittrowHaute Résolution (λ/∆λ de 17000 autour de Hα)Dispersion de 0.01nm (caméra de 9µm)Optimisé pour un instrument ouvert à f/10Adaptable à tout type d'instrumentsAdaptation à différents types de détecteurs: caméras CCD,

Appareil Photographiques Numériques, webcam...Fente réfléchissante pour un guidage précisCompact (250mm x 200mm x 83mm) et léger (1.6kg)Supports et réseaux complémentaires en option

pour adapter la résolution à son projetVisuel sur le Soleil pour des animationsUtilisable en spectro-héliographie


Le Lhires III


Configuration « nominale »


Acquisition des spectres


Traitement des spectres 2D

Passage du 2D au 1D


Traitement et analysedes spectres 1D


L'exploitation scientifique


Ordres de grandeurs• 1 Å = 0,1 nm = 50km/sec• Spectre visible: 3000-7000 Å (300-700 nm)• Sensibilité des CCD: 3000-9000 Å

Selon vos observations,il faudra trouver le bon compromis entre

Résolution, Champ spectral, Magnitude limite,Rapport Signal/bruit et Temps de pose

Réseau utilisé – Lhires III – t/mm2400 1200 600 300 1500,1 0,3 0,7 1,5 3,0

km/s 5 17 35 75 150Pouvoir de résolution 17000 6000 2700 1300 600Champ Ǻ 85 250 550 1100 2300Magnitude limite 5 6 7 8 9

Dispersion (Hα) Ǻ/pix

Calculs théor. (ETCL): T200mm, Lhires III (fente 30µm), KAF0400, 1 h de pose, S/B=100


Quelques projets...1 Le Sodium sous toutes ses formes!2 Observation du spectre du soleil en visuel3 Spectre du Soleil en basse résolution4 Spectro-Héliographie5 Spectres stellaires: Classification BR6 Spectres stellaires: Classification HR7 Spectres de nébuleuses8 Novae: vitesse d'éjection de l'enveloppe9 Vitesses radiales10 Vitesse de la terre... et masse du soleil !11 Rotation des planètes Jupiter et Saturne12 Binaires spectroscopiques13 Etoiles Be (collaboration pros-amateurs)


1 – Le Sodium sous toutes ses formes!

Sirius

Soleil

Lampadaire

Allumette

Sel

Cornichon !

(c) C. Buil / Benoit Minster


2 – Observation visuelle du spectre solaire

(c) Robin Leadbeater


3 – Spectre solaire en basse résolutionH

/ K

(Cal

cium

) Hδ

Hβ

Hα

Double

tdu S

odiu

m

Triple

tdu M

agnés

ium

Olivier Thizy – Janvier 2007Lhires III – 300tt/mm; Digital Rebel / EOS300DFait au Pic du Midi (ie: peu d'atmosphère!)


4 – Spectro-Héliographie


5 – Spectres stellaires: Classification BR

C8 – Lhires III (150tt/mm) – EOS 300D – Poses de 30 sec – Sans ordinateur !

A0

Be

M5


6 – Spectres stellaires: Classification HR

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

Oh-Be-A-Fine-Girl-Kiss-Me

Lhires III& APN


7 – Spectres de nébuleuses

[OIII]5007

[OIII]4959

Hα6563

[NII]6583

[NII]6548

Spectre de M42 - Lhires III (150tt/mm) + KAF1600 / Acquisition: Benjamin Mauclaire / Traitement: Olivier ThizyImage de M42: Olivier Garde & Adrien Viciana (CALA)

Hβ4861

HeI5876

HeI6678


8 – Novae: vitesse d'éjection de l'enveloppe

2500 km/s

50 Å

V1280 Sco

RS Oph

V4743 Sgr


9 – Vitesses radiales d'étoiles

Spectres comparés de SAO104807, Altair, et SAO112958


10 – Vitesse de la Terre... Masse du Soleil

Soleil

Terre

Terre

En janvier...

En juillet...

V = 30 km/s(+6 pixels)

a

T 2= 42G m1m2

a3

m2

m1

V = 30 km/s(-6 pixels)

T=2 aV


11 – Rotation de Jupiter et Saturne

Cas de Saturne:Décalage = 7 pixels = 8,8 km/sPériode de 10,6 h >> Rayon = 107511 km>> Distance de la terre !Par les anneaux... Masse !>> Densité !

... et on prouve que les anneaux ne tournent pas de manière solide !

T 2= 42G m1m2

a3

=c


12 – Binaires spectroscopiques

57 Cyg(C. Buil)

Beta Auriga2 spectresà 72h d'intervalle

Par la troisième loi de Kepler,on peut facilement remonterau rapport de massedes deux étoiles !

Evolution de bêta Aurigae sur 3h...


13 – Etoiles Be (programme Corot !)

Collaboration Amateurs - Professionnels

Magnétisme, ouPulsations ?

Vos mesures permettront de trancher !


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 essentiellespour bien démarrer

Maîtriser son télescopeMaîtriser les bases de l'imagerie numérique http://www.shelyak.com

http://groups.yahoo.com/group/spectro-l/

mailto:[email protected]

Quelques liens utilesGroupe 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

http://http://cdsweb.u-strasbg.fr/

Quelques livres utilesAstronomie 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 caractéristiquesspectrales. A avoir dans sa bibliothèque si vous lisez l'anglais!!!

Astronomie Méthodes et Calculs (exercices corrigés); Agnès Ackeret Carlos Jaschek, édition Masson (3è édition).

Stellar Photospheres; David F. Gray, édition Cambridge [anglais]

Merci !

Fabriqué et distribué parShelyak InstrumentsTél.: 04.76.41.36.81http://www.shelyak.comEmail: [email protected]

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