Photométrie-

regard théorique et illustrépour une bonne pratique

Raoul Behrend

Observatoire de Genève

Causerie au wetal’15

De quoi parlons-nous ?– 2 mag : zénith-horizon– 0,5 mag : WUMa, RRLyr– 0,5 mag : origine des GSC-ACT, USNO- A2.0, etc.– 0,1 mag : DSct– 0,1 mag : vignettage– 0,05 mag : effet atmosphérique sur la couleur– 0,02 mag : effet de l’obturateur en courte pose– 0,02 mag : sensibilité variable dans un pixel - 1 mag !– 0,02 mag : sensibilité pixel à pixel– 0,01 mag : scintillation pour un 20cm en 10s– 0,01 mag : transit profond– 0,01 mag : linéarité d’un ccd/cmos– 0,01 mag : recalage des bandes– 0,001 mag : objectif pour un transit– 0,001 mag : bruit de grenaille pour 1 million d’électrons– 0,0001 mag : limite actuelle au sol

(31450) 1999 CU9E=2015-09-28.54544 M=2036-11-16 T=0.1421435 (0.0000004) f=2.479-0.40

-0.35

-0.30

-0.25

-0.20

-0.15

-0.10

-0.05

0.00

0.05

0.10

Rene Roy et al. Silvano Casulli et al. David Romeuf et al. Virginio Oldani et al.Alexander Scholz et al.

(c)2015 OdG-RB

(31450) 1999 CU9

Mmax-Mmoy=0.126 (0.001)

Mmoy-Mmin=0.142 (0.001)

Mamp=0.267 (0.002)

Eclat^1.00

f=2.479

Rene Roy et al. Silvano Casulli et al. David Romeuf et al.

Virginio Oldani et al. Alexander Scholz et al.

(c)2015 OdG-RB

Electronic Telegram No. 4157

Central Bureau for Astronomical Telegrams

Mailing address: Hoffman Lab 209; Harvard University;

20 Oxford St.; Cambridge, MA 02138; U.S.A.

e-mail: cbatiau@eps.harvard.edu (alternate cbat@iau.org)

URL http://www.cbat.eps.harvard.edu/index.html

Prepared using the Tamkin Foundation Computer Network

(31450) 1999 CU9

D. Pray, Sugarloaf Mountain Observatory, South Deerfield, MA, U.S.A.;

P. Pravec, K. Hornoch, J. Vrastil and H. Kucakova, Ondrejov Observatory;

V. Benishek, Belgrade Astronomical Observatory, Serbia; R. Roy, Observatoire

de Blauvac, France; R. Behrend, Geneva Observatory; D. Romeuf,

Chapdes-Beaufort, France; B. Warner, Center for Solar System Studies, Eaton,

CO, U.S.A.; A. Scholz and G. Hodosan, Observatory of the University of St.

Andrews, U.K.; J. Pollock, Appalachian State University; R. Montaigut and A.

Leroy, OPERA Observatory, France; and D. Reichart and J. Haislip, University

of North Carolina, Chapel Hill, report that photometric observations obtained

during Sept. 5-Oct. 13 reveal that minor planet (31450) is a binary system

with an orbital period of 53.47 ± 0.07 hr. The primary shows a period of

3.4116 ± 0.0003 hr, and has a lightcurve amplitude of 0.24 mag at solar

phases 5-9 deg. Mutual secondary eclipse/occultation events that are 0.05

magnitude deep indicate a lower limit on the secondary-to-primary

mean-diameter ratio of 0.22.

NOTE: These 'Central Bureau Electronic Telegrams' are sometimes

superseded by text appearing later in the printed IAU Circulars.

(C) Copyright 2015 CBAT

2015 October 26 (CBET 4157) Daniel W. E. Green

(31450) 1999 CU9E=2015-09-28.54544 T=2.22792 f=9.014-0.40

-0.35

-0.30

-0.25

-0.20

-0.15

-0.10

-0.05

0.00

0.05

0.10

Rene Roy et al. Silvano Casulli et al. David Romeuf et al. Virginio Oldani et al.Alexander Scholz et al.

(c)2015 OdG-RB

(3951) ZichichiE=2007-01-14.03993 M=2027-07-24 T=0.1414350 (0.0000004) f=1.266 -0.7

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0.0

0.1

0.2

0.3

Pierre Antonini Pierre Antonini et al. Francois Colas et al. Rui Goncalves et al.Rui Goncalves Hiromi Hamanowa et al. Donn Starkey et al. Federico ManziniFrancois Colas Vishnu Reddy Hiromi Hamanowa et al.

(5971) TickellE=2008-10-02.30017 M=2011-01-06 T=0.124881 (0.000003) f=1.124 0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

Pierre Antonini et al. Federico Manzini et al. Hiromi Hamanowa et al.

Flux, magnitudes, atmosphère

Pm=-2,5 log10(f/fref)<m=magnitude observée< f=flux observé< fref=flux de référence

PEffet de l’atmosphère<M=magnitude hors atmosphère (but !)<m=M+a si monochromatique<m=M+a+b C si bande pas trop large< C=indice de couleur

Effets atmosphériques

Pm=M+a+b C< Forme invariante par transformation affine de C– Erreur systématique sur l’origine : sans effet– Erreur systématique sur l’échelle : sans effet

PA disposition<m-M=a+b C si couleurs cataloguées<m-M=a+b C’ si couleurs mesurées

PSous forme matricielle< (m1-M1) (1 C1) (a)< (m2-M2)=(1 C2) (b) | a et b par moindres carrés< (m!-M!) (1 C!) matriciels (y c. incertitudes)

Construction du catalogue

Un bon modèle métrologiquemodélise les cibles et les références

PVVVVVRRRRR ou VRVRVRVRVR< Réduire classiquement en refusant les termes decouleur

PCompiler les données< Valeur et incertitudes< En déduire les couleurs

PRéduire la série complète avec termes decouleur

PDétection/rejet et retour à la compilation (3x)

Usage d’un catalogue

PRamasser les couleurs dans USNO-A2.0< Erreurs systématiques jusqu’à 1mag< Impossibilité de “piquer” une étoile de référencede bonne couleur

< couleur des variables pas fiable< assigner une couleur plausible à la cible

PCompiler les données

PRéduire la série avec termes de couleur

PDétection/rejet et retour à la compilation (3x)

Effets instrumentaux

Du rêve à la réalité

< L=F t Limage Flux temps< L=F t+Z+C Zéro=bias Cosmiques< L=P F t+Z+C Plat=flat< L=P F t+Z+N t+C Noir=dark< L=P F (ti-to)+Z+N tc+C< L=P F (ti-to)+Z+N tc+C+)L : thermocouplage< L=P F (ti-to)+Z+N tc+C+)L+S : paraSites< Dérive selon la température : X:=X+)X(T)< temps to d’oburateur : une carte - tc aussi< convolution avec les vibrations, le suivi,diffraction, mise au point, les aberrations, etc.

< certains parasites radioélectriques

Prétraitement

Capteur supposé linéaire

PL=P F (ti-to)+Z+N tc+C+)L+S

PRemonter à F n’est pas possible... à causede C et la normalisation de P

PCombiner des images “identiques” permetde s’affranchir en partie de C

P)L peut parfois être mesuré avec les ligneset colonnes de bord !

PSi S est régulier, firltrage dans l’espace deFourier

Non linéarité du capteur

POrigines< chaîne de sortie avec l’amplificateur< convertisseur analogique/numérique< fuites internes des pixels< défauts de transfert

PPrincipes métrologiques généraux< on n’utilise pas un capteur linéaire à plus que 2/3de sa dynamique (si anti-bave : 1/2)

< le comportement dans le premier tiers de lapleine échelle est souvent très bien linéaire

Recette pour la haute précision

Application au transits exoplanétaires

P>5 pixels dans le coeur (flou, vibreur), >30s

PGuidage parfait, caméra thermorégulée

P Images de calibration :<même nuit, même logiciel, même configuration

PPas bons : altazim : avec araignée en champdense, on rejette; sans : grande méfiance,car dérotateur ! Cécédé “TV”

PBons : lunettes, Schmid-Cassegrain

PMesure et usage des couleurs

Trois méthodes

<Ouverture - 5 mmag– “ciel+étoile” dans un disque– “ciel” dans un anneau– combinaison pour n’avoir qu’“étoile”

< Ajustement - 10 mmag– “ciel”, “ciel+gradient” dans un disque par uneconstante ou un plan

– “étoile” par profil calé dans un disque, yc. le fond

< Soustraction d’image - 1mmag– Recalage des images (rotation, translation, échelles,déformations)

– Noyau de convolution inter-image (égalisation du flou)– Soustraction optimale– Mesure des résidus : ajustement contraint en position– Attention à la normalisation

Pourquoi la soustraction ?

PA mesurer: signal=(signal+fond)-fond

PZone de fond contient :< du rien (défauts de correction du capteur)< des objets diffus (araignées, galaxie)< des étoiles faibles< le pied de l’étoile centrale

PRecette pour le fond (3 médiane-2moyenne) ne marche pas !

PZone de signal contient :< Pareil en plus de l’objet à mesurer

Exemple

– Sébastien Fabbro, Photométrie de supernovae etapplications cosmologiques, thèse, 2001

– Voir aussi Swarp, Terapix, Isis

Photométrie d’ouverture

Mesure de l’intensité dans un disque centré sur la cible...

PAvantage< Boîte allongée pour le suivi à mi-vitesse desgéovoisineurs

PDifficultés< Disque< Centré< Rayon< Solution de choix : intégration de l’interpolant

Photométrie par ajustement

Ajustement d’une fonction idoine sur le profil de la cible...

PAvantage<mesure le signal là où il y a de l’énergie< en principe moins de bruit

PDifficultés< comas et aberrations hors du noyau font quel’ajustement n’est pas toujours parfait

< dérives durant la nuit< auto-guidage fortement recommandé

En résumé

PDifficulté*Incertitude$1

PPas de catalogue général profond tribande< USNO-A2.0 en attendant Gaïa

PMesure isolée< catalogue spécialisé< photométrie absolue (Landolt, Genève)

PGrappes de mesures< catalogue personnel propre à un champ< large bande pour CdR+CdL classiques< bande standard pour transits (plutôt dans lerouge)

(6458) NoudaE=2004-09-05.03699 M=2004-09-23 T=0.17721 (0.00030) f=1.037 -0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

OFXB

(389) IndustriaE=2009-08-25.80479 M=2010-01-12 T=0.35309 (0.00015)-24.40

-24.35

-24.30

-24.25

-24.20

-24.15

-24.10

Maurice Audejean

(1139) AtamiE=2005-08-31.99250 M=2021-11-15 T=1.14359 (0.00004) f=1.055 -0.1

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

1.2

1.3

Federico Manzini et al. Rene Roy Raoul Behrend et al. Pierre AntoniniPertti Paakkonen Laurent Bernasconi Arnaud Leroy et al. Arto OksanenArto Oksanen et al. Federico Manzini Roberto Crippa et al. Raymond PoncyStephane Charbonnel Donn Starkey Josep Coloma Cyril CavadoreEric Barbotin et al. Jean-Marie Llapasset Gino Farroni Bob Koff

P jumeaux et synchronisés

-0,7 mag

a

br

P jumeaux et synchronisés

Pa/ba/b

a

br

P jumeaux et synchronisés

Pa/b

P r/b

r/b

a

br

P jumeaux et synchronisés

Pa/b

P r/b

PT: période

PD–3 B/(2 G) r3/(a b2) 1/T2

a

br

PTama< D=2,2 kg/l r=27 km

PBerna< D=1,1 kg/l r=27 km

PDebussy< D=0,8 kg/l r=14 km

PFrostia< D=0,75 kg/l r=27 km

PAtami< D=1,3 kg/l r=21 km

D–3 B/(2 G) r3/(a b2) 1/T2

a

br

Epicerie...

PDensité de rangement des sphères< en vrac : 60%< secouées dans une boîte : 64%< empilement d’oranges : 74%

(12008) Kandrup

Mmax-Mmoy=0.422 (0.002)

Mmoy-Mmin=0.338 (0.002)

Mamp=0.760 (0.003)

Eclat^1.00

f=2.479

Federico Manzini et al. Claudine Rinner Pierre AntoniniRene Roy Rui Goncalves Arnaud LeroyFederico Manzini Jean-Gabriel Bosch Laurent BernasconiEric Frappa et al. Laurent Brunetto Zalpha ChallitaFrancois Colas et al. Francois Colas et al. Martine Castets et al.(c)2010 OdG-RB

(12008) Kandrup

Mmax-Mmoy=0.134 (0.001)

Mmoy-Mmin=0.134 (0.001)

Mamp=0.268 (0.002)

Eclat^1.00

f=2.165

Romain Montaigut et al. Andre Debackere et al. Frederic Vachier et al.Arnaud Leroy et al. Romain Montaigut et al. Jean-Paul Godard et al.Arnaud Leroy et al. Stephane Charbonnel et al. Federico Manzini

(c)2010 OdG-RB

xy

z

1.10

4

7

101.114

7

10

1.12

4

710

1

47

101.10

47 10

1.11

47

10

1.10

1.111.12

1.13

1.14

1.15

1.16

1.17 1.18

1.19

1.20

1.21

V404 Cyg T=0.125495710.0

11.0

12.0

13.0

14.0

15.0

16.0

17.0

18.0

Rene Roy et al. Ramon Naves Nicolas Esseiva et al.

V404 CygE=2015-06-21.01229 M=2026-12-10 T=0.1254957 (0.0000006) f=125.716 10.0

11.0

12.0

13.0

14.0

15.0

16.0

17.0

18.0

Rene Roy et al. Ramon Naves Nicolas Esseiva et al.

(c)2015 OdG-RB

GSC 316-779=CD1=QU VirE=2002-05-20.52240 M=2074-06-29 T=0.3993040 (0.0000010)11.70

11.75

11.80

11.85

11.90

11.95

12.00

12.05

12.10

Christophe Demeautis Laurent Bernasconi TASS

GSC 494-587=LB57E=2003-08-23.07400 M=2006-06-05 T=0.67856 (0.00008)11.65

11.70

11.75

11.80

11.85

11.90

11.95

12.00

12.05

12.10

12.15

12.20

12.25

Laurent Bernasconi

USNO-A2.0 750-20261632=JPT1E=2004-10-13.77130 M=2004-10-15 T=0.0610 (0.0006) f=0.789 15.2

15.3

15.4

15.5

15.6

15.7

15.8

15.9

16.0

Jean-Paul Teng et al.

RR19E=2004-08-06.97500 M=2008-07-25 T=0.56720 (0.00004) f=2.820 14.5

14.6

14.7

14.8

14.9

15.0

15.1

15.2

15.3

15.4

15.5

15.6

15.7

15.8

15.9

16.0

Rene Roy

USNO-A2.0 975-282849=PA10E=2007-11-04.94839 T=0.50000 f=3.060 14.0

14.1

14.2

14.3

14.4

14.5

14.6

14.7

14.8

14.9

15.0

15.1

15.2

15.3

15.4

Pierre Antonini et al.