Acquisition optimisée de spectres avec un réseau StarAnalyser
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La méthode la plus simple d'acquérir un spectre d'étoile est d'interposer dans le faisceau convergent du télescope, non loin en avant du détecteur, un réseau à diffraction. Le réseau StarAnalyser est particulièrement efficace du fait des caractéristiques de son pouvoir dispersif (un réseau gravé de 100 traits/mm), de son très bon rendement et de son faible prix.
Le dispositif peut être significativement amélioré en associant au réseau lui-même un prisme qui disperse inversement la lumière. On constitue ainsi un montage optique connu sous ne nom de "grism". Une propriété optique du système est d'annuler la coma chromatique pour la longueur d'onde non déviée par le dispositif. La théorie est décrite ici.
Montrage grism dans un faisceau convergent.
Une autre amélioration intéressante et moins connue consiste à compléter le dispositif par un filtre qui élimine le rayonnement infrarouge. Par exemple le filtre de réjection UV/IR de la société Baader.
Transmission
optique du filtre de coupure infrarouge Baader. Le filtre devient quasiment
opaque au dela de la longueur d'onde de 700 nm.
Le système optique du grism dans le faisceau convergent complété par un filtre de coupure infrarouge.
Le filtre de coupure infrarouge permet d'éliminer les zones du spectre où l'ordre 1 diffracté se mélange à l'ordre 2. Dans les faits, un réseau StarAnalyser, à cause de ce mélange des ordres est inutilisable pour toute longueur d'onde supérieure à 750 nm environ compte tenu de la sensibilité spectrale des caméras CCD actuelles dans le bleu. L'ajout du filtre anti-IR limite donc le spectre au segment directement utilisable, ce qui rend les images moins confuses. Enfin, il devient possible d'exploiter l'ordre 2, bien résolu dans le bleu grâce à l'introduction du prisme (ce dernier optimise la qualité du spectre dans le vert pour l'ordre 1, mais aussi dans le bleu pour l'ordre 2).
L'ensemble peut-être monté dans la tourelle porte-filtre d'une caméra CCD. Dans l'exemple ci-après on montre le montage pour une caméra QSI-583. L'efficacité du dispositif est démontré sur une petite lunette de haute qualité : la FSQ-85ED (D = 85 mm F/5,3) de Takahashi.
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Le dispositif expérimental.
La partie d'image brutes ci-après est typique des spectres acquis avec ce dispositif. L'objet observé est l'étoile HD123299 de type spectral A0III et de magnitude 3,7. Le temps de pose est de 7 secondes (cette valeur est choisie pour ne pas saturer le spectre). On peut souligner que le réglage laisse a désirer : l'axe de dispersion n'est pas horizontal, ce qui constitue une faute.
Spectre brut de l'étoile HD123299 acquis avec l'ensemble StarAnalyser + prisme + filtre d'ordre.
Nous disposons de 16 spectres similaires de cette étoiles. L'ensemble est traité avec l'outil StarAnalyser de ISIS :
La procédure est décrite en détail ici.
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Détails du spectre obtenu :
Le spectre utile à l'ordre +1 se limite à une bande allant de 3700 A environ à 7000 A. La coupure dans le bleu est pour une large part induite par la réponse spectrale CCD. La coupure nette dans le rouge est liée à l'usage d'un filtre anti-IR. Grace à ce filtre, le spectre d'ordre +1 ne déborde pas sur le spectre d'ordre +2. Ce dernier montre de nombreuses raies bien nettes dans la partie bleu du spectre : ce sont les raies de la série de Balmer. Elles sont particulièrement nette car le montage Grism adopté optimise la qualité du spectre dans cette région du spectre à l'ordre +2.
Ci-après le spectre de l'étoile HD123299 avec un constraste de visualisation permettant d'examiner l'ordre +1 :
ISIS produit simultanément le fichier profil brut @raw.dat :
Ci-après le spectre étalonné spectrale de l'étoile HD123299 (noter que la réponse spectrale propre à l'instrument est retirée):
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A gauche,
le spectre de HD123299 corrigé de la réponse specrrale de l'instrument.
A
droite, comparaison avec le spectre attendu de HD123299 - en rouge (extrait
de la base Miles de ISIS).
Voici un échantillon de spectres acquis avec le dispositif décrit ci-dessus. D'abord, le spectre de la supernova SN2012aw dans la galaxie Messier 95. La Lune presque pleine était très proche de l'objet pour la date d'observation. Ajouté à la pollution lumineuse de l'observatoire de Castanet-Tolosan, le bruit de photo du fond de ciel est par voie de conséquence élevé, ce qui n'empêche pas de détecter la supernova :
Spectre de la supernova SN2012aw.
Pour des spectres plus résolus, cliquer
ici. Noter la raie Halpha en émission
dans
le spectre diffus de la galaxie M95.
Le spectre de la nova Sgr 2012 le 4.04 mai 2012 alors que l'objet de magnitude V = 12,8
Le spectre de la nova Sgr 2012
est surtout dominé par une raie Halpha intense en émission. Pose de 10 x 180
secondes, alors que l'objet est très bas sur la ligne d'horizon.
Pour plus
d'information sur cet objet (spectres LISA), cliquer
ici.
Le spectre de l'étoile MIRA R Leo, un objet très rouge visuellement :
Le spectre de la nébuleuse planétaire Messier 57 :
Spectre
de Messier 57 (pose de 17 x 240 secondes). En haut, affichage normal.
Le
spectre est dominé par la raie rouge Halpha et le doublet interdit de l'oxygène
ionisé 2 fois (dans la partie verte du spectre).
En bas, affichage en négatif à haut contraste
: d'autres images monochromatiques de faibles intensités sont révélées.
Le spectre d'étoiles particulières très chaudes : Wolf-Rayet 134 et Wolf-Rayet 135 :
WR134
(V = 8.0) et WR 135 (V=8.5). Pour plus de détails sur ces étoiles cliquer
ici. Noter la finesse des spectres
délivrée par le montage. Pose de 18 x 100 secondes.
Spectre de l'étoile symbiotique CH Cyg - pose de 9 x 90 secondes (plus de détails sur cette étoile ici) :
