Spectrographie Haute-Résolution - shelyak-instruments.com · 14Rotations stellaires - V.sin (i) 15Etoiles Herbig Ae/Be ... (CALA) H β 4861 HeI 5876 HeI 6678 ... Agnès Acker, édition

SpectrographieHaute-Résolution

Olivier [email protected]

WETAL31 Mars – 1er Avril 2007

-- ENS Lyon --

Le menu...

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

C'est quoi un «spectre»?

Objet étalé (ex: Soleil)

Fente

Objet ponctuel (ex: étoile)

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...

Une fenêtre étroite !

Source: Getting the measure of the stars (WA Cooper & EN Walker)

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)

Diagramme H-R

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

D'après: http://ircamera.as.arizona.edu/astr_250/Lectures/Lecture_14.htm

• La photosphère est peu épaisse

• Les «ailes» des raies viennent plutôt des couches plus profondes que le «centre»

http://ircamera.as.arizona.edu/astr_250/Lectures/Lecture_14.htm

Raies d'absorption2

Raies en émission3

• Les lampes de calibration (ici: lampe de Néon interne au Lhires III) forment des raies en émission.

Exemple de raies en émission• Le spectre d’une

nébuleuse planétaire ou diffuse est en émission

fent

e

Raies d'absorption/émission

∆Energie = h * ν = h *c / λ

Table des éléments

Intensité relative des éléments

Effet Doppler

λ

λ−

λ+

=c

Eloignementdes galaxies

=décalage

vers le rouge(red shift)

31/03/07 (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



Caractéristiques

Spectrographe 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


Acquisition des spectres


Traitement des spectres 2D

Passage du 2D au 1D


Traitement et analysedes spectres 1D


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 stellaires: Profils de raies8 Spectres de nébuleuses9 Novae: vitesse d'éjection de l'enveloppe10 Vitesses radiales11 Vitesse de la terre... et masse du soleil !12 Rotation des planètes Jupiter et Saturne13 Binaires spectroscopiques14 Rotations stellaires - V.sin (i)15 Etoiles Herbig Ae/Be16 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 stellaires: Profils de raies


8 – 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


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

2500 km/s

50 Å

V1280 Sco

RS Oph

V4743 Sgr


10 – Vitesses radiales d'étoiles

Spectres comparés de SAO104807, Altair, et SAO112958


11 – 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


12 – 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


13 – 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...


14 – Rotation stellaire: V.sin(i)

v.sin(i) = 330km/s

v.sin(i) = 0km/s


15 – Etoiles Herbig Ae/Be

C.Buil


15bis – Variables !

Source: Getting the measure of the stars (WA Cooper & EN Walker)


16 – 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- Me 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: ... Bientôt en ligne !

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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