TPs IMA

Les TP présentés ont pour thème :

- Imagerie CCD

- Spectroscopie

- Speckle (interférométrie des tavelures)


Descriptif des TP

- Imagerie CCD

L’imagerie peut se concevoir comme une première étape de l’étude des objets astronomiques. Elle renseigne sur la présence ou pas d’objets ou de phénomènes (par exemple l’observation directe de planètes extrasolaires, l’éruption de volcans sur Io) et sur la morphologie des objets (par exemple la forme d’un astéroïde, la taille de structures dans les galaxies). La réalisation périodique d’images permet aussi de suivre l’évolution temporelle de certains phénomènes astrophysiques (expansion de l’enveloppe de gaz d’une nébuleuse planétaire après l’explosion d’une supernova, rotation d’étoiles autour du centre de la Galaxie). Enfin l’utilisation de filtres permet d’observer des phénomènes liés à (aux) raie(s) sélectionnées par ce filtre. Lors de ce TP, nous observerons à travers un filtre OIII l’émission nébulaire d’une nébuleuse planétaire.

- Spectroscopie

Si les images toujours plus détaillées du ciel renseignent sur la morphologie des astres, l’analyse spectrale quant à elle est une technique qui permet d’accéder à la physique même de ces objets et de leur environnement. Les >raies spectrales que l’on observe sont non seulement caractéristiques des éléments chimiques qui composent le milieu observé mais également des conditions de température, pression, champ magnétique, et vitesses qui y règnent. Elles donnent donc des indications sur la composition chimique, les conditions physiques et le mouvement au sein des astres. Le profil d’une raie spectrale est affecté par effet Doppler-Fizeau si les atomes lui ayant donné naissance sont animés d’une vitesse relative non nulle par rapport à l’observateur. Les étoiles à vitesse de rotation élevée présentent des raies plus larges, élargies par la distribution de vitesses dans le milieu. De même, une enveloppe en expansion donnera naissance à des raies élargies. La mesure de la largeur permet de déterminer la vitesse relative par rapport à l’observateur. L’objectif de ce TP sera de prendre des spectres d’étoiles chaudes afin d’analyser le profil des raies en absorption et/ou émission.

- Speckle

La résolution angulaire des télescopes (capacité à discerner 2 objets proches) est limitée par la turbulence atmosphérique qui élargit considérablement la largeur des images. En 1970, A. Labeyrie a proposé une méthode appelée Interférométrie des Tavelures (ou speckles) pour retrouver la résolution angulaire théorique d’un télescope (sans turbulence). Cette méthode consiste à stocker des images courtes poses pour figer la turbulence. On utilise ensuite un algorithme de réduction particulier. Contrairement à l’imagerie classique où l’on ferait simplement la somme des courtes poses, on est conduit à sommer le module au carré des transformées de Fourier. Cette opération permet d’obtenir un invariant statistique où l’on retrouve les hautes fréquences spatiales de l’objet. Les données sont donc analysées dans le plan de Fourier. Par exemple, une étoile binaire produira une série de franges d’interférences dont l’interfrange et le contraste sont proportionnels à la séparation angulaire et à la différence d’intensité entre les deux étoiles. L’objectif de ce TP consistera à enregistrer des images en pose courte d’étoiles binaires avec une caméra rapide et de mesurer les séparations, orientations et contrastes.


Introduction aux Images Numériques, (cours de S. Erard)

Images Numériques 1 : Principes de fonctionnement des CCD :

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Images Numériques 2 : Acquisition et pré-traitement des images :

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Images Numériques 3 : Echantillonnage et numérisation

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Philosophie des TP

L’objectif de ces TP est tout d’abord d’initier les étudiants aux techniques classiques d’observations : pointage du télescope (coordonnées célestes, temps sidéral, chercheurs, ...), utilisation de caméra CCD (acquisition d’images, biais, bruits, champ plat, ...), etc. Pour cela, les étudiants suivront trois différents TP (imagerie CCD, spectroscopie et speckle). Chacun des TP est installé sur trois télescopes du site de l’Observatoire de Meudon (télescope de 1-m, télescope de 60 cm et télescope de 30 cm) et les étudiants se répartiront donc, pour un TP donné, sur ces trois télescopes. Si la météo le permet, chaque TP donnera lieu à au moins deux séances d’observations.

Le second objectif des TP est d’initier les étudiants à la réduction de données : en utilisant un logiciel professionnel, les étudiants analyseront les données qu’ils auront obtenues lors de leurs séances d’observation et mesureront les paramètres astrophysiques pertinents pour chacun des TP.


Illustrations du TP imagerie CCD.

Image de la nébuleuse de l’Esquimau obtenue au télescope de 1m avec un filtre OIII

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Image de la nébuleuse de l’Esquimau obtenue au télescope de 1m avec un filtre R.

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Illustrations du TP speckle.

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A gauche : succession d’images courtes poses de l’étoile double Castor.
A droite : images moyennes successives obtenues apres "shift and add""

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Somme du module au carré des transformées de Fourier d’images courtes poses (densité spectrale speckle) de l’étoile binaire Eta Gem obtenues au télescope de 1m

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Transformée de Fourier de l’image précédente (autocorrélation objet)

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Somme du module au carré des transformées de Fourier d’images courtes poses (densité spectrale speckle) de l’étoile binaire HD 76943 obtenues au télescope de 1m

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Transformée de Fourier de l’image précédente (autocorrélation objet)

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