COMET C/1999 S4 (LINEAR) SPECTRUM
LE SPECTRE DE LA COMETE C/1999 S4 (LINEAR)

The image below is a portion of a raw 60-seconds exposure of the field of C/1999 S4 (LINEAR). I use an Audine camera equipped with a KAF-1602E CCD and a Lichtenknecker Flat-Field Camera telescope of 190 mm in diameter at F/D=4. A Rainbow Optics grating of 200 groove/mm is placed between the telescope and the Audine camera (the distance CCD-grating is 25 mm approximately). Dispersion is of 31.2 angtsroms/pixel (slitless spectrograph configuration). The spectra were recorded under light polluted urban skies and full Moon near Toulouse City (France) on July 17, 2000 around 2:40 UT. One notices a traditional image of comet and a dispersed image (oriented 45° approximately) which shows at the same time the coma and the comet tail. You can see also some dust in this raw image and some other cosmetic defaults like comic rays and hot-spots.
 
L'image ci-après est une portion d'un cliché brut réalisé en 60 secondes de pose avec une caméra Audine équipée d'un KAF-1602E et une flat-field caméra de 190 mm de diamètre à F/D=4 (diamètre du secondaire de 90 mm, ce qui donne une obstruction de 0.47). Un réseau Rainbow Optics de 200 traits/mm est placé entre le télescope et la caméra Audine (la distance CCD-réseau est ici de 25 mm environ). La dispersion est de 31.2 A/Pixel (montage sans fente). L'observation est réalisée à Ramonville Saint Agne (aux portes de Toulouse) avec un objet bas sur l'horizon et une pleine Lune. On remarque une image traditionnelle de la comète (au niveau de l'ordre zéro du réseau) et une image dispersée (à 45° environ) qui montre à la fois la coma et la queue de la comète. On note par ailleurs un certain nombre de poussières dans cette image non prétraitée, ainsi que quelques défauts cométiques et points chauds. Observation réalisée le 17/07/2000 vers 2H40 TU.

A good flat-field was obtained from the night images (drizzled dozen fields near the comet merged with the SMEDIAN command of Iris software, i.e. median compositing). The following image shows the complete processing and sum of 15 x 60-seconds exposures (REGISTER command).

Un flat-field soigneux a été réalisée sur le fond de ciel nocturne en visant une douzaine de champs alléatoirement non loin de la comète, puis en calculant une image médiane (commande SMEDIAN du logiciel Iris). La figure suivante montre le prétraitement complet et le compositage de 15 images de LINEAR S4 réalisées chacune avec un temps de pose de 60 secondes (commande REGISTER en recentrant sur le noyau de la comète).

The rapid displacement of comet offers the advisability of easily eliminating stars and their spectra in the preceding image. The image hereafter shows the result after adding the 15 images from a sigma-clipping method (COMPOSIT command).

Le rapide déplacement de la comète parmi le fond étoilé offre l'opportunité d'éliminer aisément les étoiles et leurs spectres dans l'image précédente. Cette opération est importante afin d'évité de polluer le spectre de la comète. L'image ci-après montre le résultat après un compositage du type sigma-clipping (commande COMPOSIT).

Now the spectral profile can be extracted (L_ADD command under Iris + VisualSpec software of Valerie Desnoux).

Just after the observations of LINEAR, the spectrum of the type A0V star 19 Cam has been obtained for radiometrically correct the spectral profile of the comet. The following graph (in blue) shows the spectrum of 19 Cam (composite of ten 20-seconds integration times). The black profile is the spectral distribution of a typical A0V star. The horizontal axis denotes wavelength (angstroms) and the vertical one is the relative flux.

A présent le profil spectral peut être extrait (commande ROT pour amener à l'horizontale l'axe de dispersion, commande L_ADD pour l'opération de binning sous IRIS, puis traitement du spectre sous le logiciel VisualSpec de Valérie Desnoux).

Juste après l'observations de LINEAR, des spectres de l'étoile 19 Cam de type spectral A0V ont été réalisés afin de calibrer radiomètriquement le profil spectral de la comète. Le graphe suivant (en bleu) montre le spectre de 19 Cam tel qu'il est extrait d'une image représentant la somme de 10 poses élémentaires de 20 secondes. En bleu, on a le spectre de 19 Cam et en noir le spectre d'une étoile de type A0V typique. L'axe horizontal donne la longueur d'onde (angstroms) et l'axe vertical le flux relatif.

The blue curve is divided by the black curve to bring the spectral responsivity of the global instrumentation (telescope, spectrograph, CCD, atmosphere) :

En divisant la courbe bleu par la courbe noire on obtient l'efficacité spectrale de l'instrument (CCD, spectro, télescope, atmosphère) :

The following image shows two full-calibrated spectral profiles. We compares the spectrum of a blue star (19 Cam) with the observed spectrum of the comet (red spectrum). Clearly the spectrum of LINEAR is more red then 19 Cam, but it is noted that comet LINEAR S4 does not show strong emission lines: its activity is weak at the time of the observation and the spectrum is characteristic of sunlight diffused by dust (typical G2V spectrum).

L'image suivante montre deux profils spectraux calibrés photométriquement. On compare le spectre d'une étoile bleu (19 Cam) avec le spectre de la comète qui tire plutôt vers le rouge. Les écarts sont particulièrement bien visibles (décalage du pic par exemple), mais on note que le comète LINEAR S4 ne montre pas de fortes raies en émission : son activité est faible au moment de l'observation et le spectre est caractéristiques de poussières diffusant la lumière du Soleil (spectre d'étoile G2V).

The following graph shows in red the result of the division of the observed spectral profile of LINEAR S4 by the instrumental responsivity. The result is the true spectral distribution flux produced by the comet at the time of the observation. In green a G2V standard spectrum (solar type), with a spectral resolution specially degraded in order to be able to make a more satisfactory comparison. These two spectra are rather close one to the other, which shows the very moderate cometary emission lines at the time of the observation.

Le graphe ci-après montre en rouge le résultat de la division du profil spectral brut photométriquement parlant de la comète LINEAR S4 par la réponse instrumentale. Le résultat est la vraie distribution du flux spectral produit par la comète au moment de l'observation. En vert on a tracé le spectre de référence d'une étoile de type G2V (type solaire), avec une résolution spectrale dégradée afin de pouvoir faire une comparaison plus satisfaisante. Ces deux spectres sont assez proches l'un de l'autre, ce qui montre que la comète LINEAR S4 se contente pratiquement de renvoyer la lumière du Soleil au moment de l'observation.

The following figure shows the final operation which consists to eliminate dust contribution to detect weak gas emissions. For this we divides the two curves of the preceding figure (comet / G2V star). The result is normalized to 1 towards 6600 A (VisualSpec processing).

La figure suivante montre l'opération finale qui consiste à éliminer la contribution des poussières pour détecter d'éventuelles émissions gazeuses. Pour cela on divise les deux courbes de la figure précédente (comète / étoile G2V). Le résultat est normalisé à 1 vers 6600 A (traitement avec VisualSpec)

The line of CN (Cyanogen) at 3880 A seems to be detected without ambiguity in near-UV. Band of C2 (molecular carbon) can be seen at 5165 A. Clearly  C/1999 S4 is not very "active" and shine by reflected sunlight for the date of observation.

La raie du CN semble détectée sans ambiguïté dans l'UV (ce domaine spectral est bien accessible aux CCD série 'E' de Kodak). Une petite émission de  la bande  moléculaire la plus intense habituellement en dehors de CN est aussi visible apparemment : le C2 à 5165 A. Les émissions gazeuses dans C/1999 S4 sont donc présentes, mais très discrètes au moment de l'observation.

Ceci constitue mon premier spectre de comète et valide la possibilité d'acquérir de telles données avec un spectrographe très économique sans fente, même si la résolution spectrale s'en trouve fortement dégradée.