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SpectrographieHaute-Résolution
Olivier Thizyolivier.thizy@shelyak.com
WETAL31 Mars – 1er Avril 2007
-- ENS Lyon --
Le menu...
• C'est quoi un spectre?• Rappels théoriques• Le Lhires III• Quelques projets• Conclusion
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
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)
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»
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
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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
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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
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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
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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)
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1 – Le Sodium sous toutes ses formes!
Sirius
Soleil
Lampadaire
Allumette
Sel
Cornichon !
(c) C. Buil / Benoit Minster
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2 – Observation visuelle du spectre solaire
(c) Robin Leadbeater
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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!)
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5 – Spectres stellaires: Classification BR
C8 – Lhires III (150tt/mm) – EOS 300D – Poses de 30 sec – Sans ordinateur !
A0
Be
M5
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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
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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
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9 – Novae: vitesse d'éjection de l'enveloppe
2500 km/s
50 Å
V1280 Sco
RS Oph
V4743 Sgr
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10 – Vitesses radiales d'étoiles
Spectres comparés de SAO104807, Altair, et SAO112958
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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
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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
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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...
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14 – Rotation stellaire: V.sin(i)
v.sin(i) = 330km/s
v.sin(i) = 0km/s
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15bis – Variables !
Source: Getting the measure of the stars (WA Cooper & EN Walker)
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16 – Etoiles Be (programme Corot !)
Collaboration Amateurs - Professionnels
Magnétisme, ouPulsations ?
Vos mesures permettront de trancher !
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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: olivier.thizy@shelyak.com !!!
Les deux conditions essentiellespour bien démarrer
Maîtriser son télescopeMaîtriser les bases de l'imagerie numérique http://www.shelyak.com
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
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: Contact@Shelyak.com
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