"Première lumière" du spectrographe LHIRES2
"First Light" for LHIRES2 High-Resolution Spectrograph
"Première
lumière" du spectrographe LHIRES2
LHIRES2 is a high-resolution spectrograph optimized for the Cassegrain focus
of SCT telescopes and f/7-f/10 class refractors. It should be possible to use it for a
wide range of astrophysical observation, including Be stars survey , active
photospheric stars,
stars with mass loss, study of bright novae, spectroscopic double stars, Sun
physics (Zeeman effect, spectroheliograph mode, ...). Click
here for details about the scientific programme.
LHIRES2
est un spectrographe haute-résolution optimisé pour les télescopes Schmidt-Cassegrain
(f/10) ou les lunettes ouvertes entre f/7 et f/10. Il est possible de l'utiliser
dans de nombreux domaines de l'astrophysique d'observation, comme les étoiles
Be, les étoiles à photosphère active, les étoiles perdant de la masse, les novae
brillantes, les étoiles doubles spectroscopiques, la physique solaire (effet
Zeeman, mode spectrohéliiographe, ...). Cliquer
ici pour prendre connaissance
du détail du programme scientifique.
LHIRES2 is a classical Littrow design. For a full description of the instrument
click here. During the first light a 50 mm x 50 mm holographic grating with 2400
grooves per millimeter is used. The unique objective lens is a D=30 mm - F=200
mm achromatic doublet. The spectra are digitally recorded by an Audine CCD camera
equipped with a Kodak KAF-402LE detector (768 pixels along spectral dispersion
- pixel size of 9 microns). The inverse linear dispersion is 0.120 angstrom/pixel.
Spectral coverage is about 90
angstroms per image.
LHIRES2 est
conçu suivant le principe classique Littrow. Pour une description complète de
l'instrument, cliquer
ici. Durant cette première
lumière on a utilisé un réseau holographique de 2400 traits/mm. L'objectif unique
est un doublet achromatique de 30 mm de diamètre et de 200 mm de focale. Les
spectres sont acquis avec une caméra Audine équipée d'un CCD Kodak KAF-402LE
(768 pixels suivant l'axe de la dispersion - la taille des pixels est de 9 microns).
La dispersion linéaire inverse est de 0.120 angstrom/pixel. Le domaine spectral
couvert par image est de 90 angstroms environ.
The mass of the spectrograph is of 1.4 kg without the CCD camera and 2.0
kg with an Audine camera (include the guiding setup and telescope interface).
Le
poids du spectrographe est de 1,4 kg sans la caméra CCD et de 2,0 kg avec
une caméra Audine (inclus le dispositif de guidage et l'interface du télescope).
Some view of the first LHIRES2 prototype:
Quelques
vues du premier prototype LHIRES2 :
The observed FWHM of emission lines (neon lamp) near 6500 angstroms for
a 20-microns wide entrance slit is of 3.0 pixels (see below). The corresponding spectral resolving
power (indicates the ratio between a given wavelength and the smallest wavelength
difference between two spectral lines that are clearly separated by the spectrograph)
reach 18,000, a very high value for this compact astronomical instrument, weighting
less than 2.0 kg!
Le FWHM observé
(sur une lampe néon) au voisinage de la longueur d'onde de 6500 angstroms pour
une fente d'entrée large de 20 microns est de 3,0 pixels (voir ci-après). The
pouvoir de résolution spectral équivalent (indique le rapport entre une longueur
d'onde et la plus petite distance entre deux raies spectrales clairement séparées
à cette longueur d'onde) atteint 18 000, une très haute valeur pour un instrument
astronomique aussi compact, pesant moins de 2,0 kg !
Example
of neon emissions line (the image is at its original scale).
Exemple
de raies d'émissions du gaz néon (l'image est présentée dans son échelle
originale).
This figures shows the typical instrumental profile. The measured LHIRES2
spectral resolution - defined as the Full Width at Half Maximum (FWHM) - is
compliant with the specification (FWHM of 3 pixels for a 20 microns
slit). Note the good symmetries of the spectral lines.
Ces
figures montre le profil spectral typique. La résolution spectrale mesurée de
LHIRES2 - définie par la largeur à mi-hauteur d'une raie supposée intrinsèquement
infiniment fine (en anglais Full Width at Half Maximum ou FWHM) - est en accord
avec la spécification (FWHM de 3 pixels pour une fente de 20 microns). A noter
la bonne symétrie du profil spectral.
In the night of July 3, 2004 the LHIRES2 associated to a Takahashi FS-128
refractor was turned for the first time in direction of sky. Much more time
is necessary for fine-tuning and in order to measure the complete performance
of the new instrument, but this "First Light" is very promising! Here
very easy spectra to take i.e. the sun light reflected by the moon surfaces:
Dans
la nuit du 3 au 4 juillet 2004 LHIRES2 associé à un lunette Takahashi
FS-128 a été tourné pour la première fois vers le ciel. Plus de temps d'essai
est nécessaire pour un réglage fin et pour relever l'ensemble des performances
de ce nouvel instrument, mais cette "Première Lumière" est très prometteuse
! Voici par exemple des spectres simples à réaliser, à savoir ceux de la lumière
solaire réfléchie par la surface lunaire :
The
intense line near the center is Ha
at l=6563
angstroms. Entrance slit of 20 microns.
La
raie intense au centre de cette image est Ha
à l=6563
angstroms. La largeur de la fente d'entrée est de 20 microns.
The
yellow sodium doublet separation is impressive for an amateur stellar spectrograph. The two line at the center of the image are separated
by 6 angstroms only (l=5889.97
A and 5895.94 A).
La séparation
du doublet jaune du sodium est ici impressionnante dans un spectrographe amateur
destiné à l'observation des étoiles. Les deux raies au centre de l'image sont
séparées de seulement 6 angstroms (l=5889.97
A and 5895.94 A).
The
magnesium triplet lines at wavelength 5167, 5172 and 5184 angstroms.
Les
raies du triplet du magnésium aux longueurs d'onde de 5167, 5172 and 5184 angstroms.
The
O2 telluric lines at 6820 angstroms (deep-red part of the spectrum).
Les
raies de l'oxygène atomique de l'atmosphère terrestre vers 6820 angstroms (partie
rouge profond du spectre).
This figure below shows a typical the raw image from LHIRES2, as read from the CCD. It is the "2D"
spectrum of Be star Gamma Cas around the Ha line. The image cover the wavelength interval
from 652 to 661 nm (blue is left). The Ha line is in
emission and very broad. Absorption lines from the terrestrial atmosphere
are seen as narrow faint lines. The exposure time was 120 seconds with the 5-inch
refractor and the slitless
mode is used. Some "hot pixel' are also visible (easily removed during
preprocessing operations).
La figure
ci-après montre une image brute typique de LHIRES2, telle quelle vient d'être
lue du CCD. Il s'agit du spectre "2D" de l'étoile type Be Gamma Cas
autour de la raie rouge Ha de
l'hydrogène. L'image couvre un domaine spectral allant de 652 to 661 nm (le
bleu est à gauche). La raie de l'hydrogène est en emission et très large (largeur
caractéristique de la vitesse du disque de gaz tournant autour de l'étoile).
Les fines raies en absorption proviennent de l'atmosphère terrestre (vapeur
d'eau). Le temps d'exposition est de 120 secondes avec la lunette de 128 mm
et un mode d'observation sans fente étroite. Quelques "pixels chauds"
sont visibles (facilement retiré durant la phase de prétraitement des images).
The
2D raw spectrum of Gamma Cas, the July 4.2, 2004. Single 2-minutes exposure
with a 128 mm Takahashi refractor.
Le
spectre en deux dimensions de Gamma Cas réalisé le 4,2 juillet 2004. Pose unique
de 2 minutes avec la lunette de 128 mm de diamètre.
A tracing of the Gamma
Cas spectrum. Stack of 18 individual images exposed each 120 seconds (36 minutes
equivalent total exposure time). Left, the fine absorption lines are telluric (atmospheric H2O).
Right, the telluric are removed (VisualSpec processing). The Ha
emission show fine details with this LHIRES2 resolution - due to the differential velocity exhibited by the circumstellar
disk of the object. The measured FWHM on telluric lines is of 2.5 pixels, the
mean spectral sampling around Ha
is of 0.1152 A/pixel, so the power spectral resolution is R=22,000. The spectral
calibration precision is 0.02 angstroms i.e. 900 m/s converted in radial velocity (thanks
to telluric lines).
Le profil
spectral de l'étoile Gamma Cas, autour de la raie de la raie rouge de l'hydrogène.
Somme de 18 images exposées chacune 120 secondes (pour un temps de pose équivalent
de 36 minutes). A gauche, les raies fines en absorption sont d'origine tellurique
(H2O atmosphérique). A droite, les raies telluriques ont été retirées (traitement
VisualSpec). La raie Ha
en émission montre de fins détails avec la résolution de LHIRES2. Le FWHM mesuré
sur les raies telluriques est ici de 2,5 pixels, ce qui compte tenu de l'échantillonnage
de 0,1152 A/pixel représente une résolution de R=22 000. En utilisant les raies
telluriques, la calibration spectrale est faite à 0,02 angstroms, soit l'équivalent
de 900 m/s traduit en vitesse radiale.
Below is a detailed view of the H-alpha absorption line
of the "normal" star Altair :
Ci-après
un détail de la raie H-alpha de l'étoile "normale" Altair :
Spectral
profiles of the Ha
region for the star Altair (type A7V). Left, before telluric lines removal procedure,
right, after suppression of telluric lines (corresponding to the dry atmosphere
of high altitude observatory). 13 x 2-minutes frames are added.
Profil
spectraux de l'étoile Altair (type A7V). A gauche, avant le retrait des raies
telluriques, à droite, après leur suppression (ce dernier profil correspond
à ce que l'on verrait depuis un observatoire de haute montagne avec une atmosphère
sèche). Addition de 14 images posées 2 minutes.
And finally, a spectacular Be star :
Et
finalement, une étoile Be spectaculaire :
The
Be star 34 Cyg. The Ha
emission is very intense and a beautiful P-Cygnii is also visible. Stack of
18 x 2 minutes exposures. Left, detail of the continuum.
Le
spectre de l'étoile Be 34 Cyg. L'émission de la raie Ha
est très intense et un beau profil P-Cygnii est visible. Somme de 18 poses de
2 minutes. A droite, le détail du continuum.
The power of LHIRES2 is demonstrated by this 40-minute
exposure (20 x 2 minute with the 5-inch refractor) of the
planetary nebula Messier 57 :
La
puissance de LHIRES2 est démontrée dans cette pose de 40 minutes (20 x 2 minutes
avec la lunette de 128 mm) de la nébuleuse planétaire Messier 57:
The
central image is the hydrogen Ha
emission (at 6563 A). The lateral images are from the nitrogen [NII] emission
(at 6548 and 6584 A).
L'image
centre de M57 correspond à l'émission Ha
de l'hydrogène à 6563 A. Les images latérales sont dues à l'émission de l'azote
ionisé une fois (raie interdite [NII] aux longueurs d'ondes de 6548 et 6584
A).
Comparative resolution test for some configuration (LHIRES
versus LHIRES2, ...):
Test de résolution
comparatif pour quelques configurations (LHIRES comparé à LHIRES2, ...) :
Note:
these spectra are not processed (not flat-fielded, ...). Upper left, a LHIRES
+ 128 mm refractor spectrum of Deneb (click
here for details about this
spectrograph). Upper right, a LHIRES2 + 128 mm spectrum of the same star. The
progress is evident. Lower left, a LHIRES2 + Celestron 8 spectrum. The seeing
degrade the resolution (slitless mode), but result is better comparatively to
LHIRES. Lower right, a LHIRES2 + Celestron 8 and a degraded sampling (binning
2x2 mode for the CCD). This mode is ideal for the more fainter objects.
Note
: ces spectres ne sont pas traités (par de correction flat-field, ...). En haut
à gauche, un spectre de l'étoile Deneb réalisé avec LHIRES + une lunette de
128 mm (cliquer
ici pour des détails sur
ce spectrographe). En haut à droite, un spectre LHIRES2 couplé à une lunette
de 128 mm. Le progrès en résolution est évident comparativement à LHIRES. En
bas à gauche, un spectre LHIRES2 avec un Celestron 8. La résolution est dégradée
par le seeing (fente large), mais elle reste supérieure à celle de LHIRES associé
à une lunette de 128 mm. En bas à droite, un spectre LHIRES2 + Celestron 8 avec
un échantillonnage dégradé (binning 2x2 avec le CCD, un mode idéal pour les
objets les plus faibles).
Preliminary conclusion / conclusion préliminaire
The spectral resolution is very compliant with the prediction.
A power of R = 20,000 is reached during this test (with a high quality
128-mm refractor). The global efficiency measured with the 2400 grooves/mm grating
is of 20% near H-alpha line (this throughput include the CCD detector). The
optical efficiency (transmission) at l=6563
A is evaluated to 36% (without the guidance system - tested later).
La
résolution spectrale est conforme avec la prédiction. Un pouvoir de résolution
supérieur à 20 000 a été atteint durant cette observation (avec une lunette de
128 mm de haute qualité). L'efficacité globale à l=6563
A avec le réseau holographique de 2400 traits/mm est évaluée à 20% (ceci inclus
la réponse du CCD). La transmission optique est de 36% (sans le système de guidage
, qui sera testé plus tard). A dispersion identique c'est 20% de moins
que le spectrographe LHIRES qui exploite un réseau blazé classique de 1200
traits/mm. Le comportement du réseau holographique de LHIRES2 monté pour
cette première lumière est donc très satisfaisant.
LHIRES2 is a major astronomical instrument for the amateur astronomers. We
are delighted with the quality of the spectra obtained at this moment of "First
Light". The performances are very near the predicted values and this success
promises well for new and exciting science projects for amateurs in conjonction
with professional collaboration - see ARAS web site.
LHIRES2
est un instrument astronomique majeur pour les astronomes amateurs. Nous avons
pris grand plaisir a acquérir les spectres de haute qualité de cette "Première
Lumière", ce qui est bon signe !. Les performances sont très proches des
valeurs spécifiées et ce succès augure bien pour de nouveaux et excitants projets
scientifiques réalisés dans la cadre d'une collaboration avec les professionnels
- voir
le site ARAS.