Responsivity

NOTE TECHNIQUE

CALCUL DE LA REPONSE INSTRUMENTALE RELATIVE

On cherche à extraire la réponse spectrale relative du spectrographe Lhires III dans sa configuration 2400 traits/mm au voisiange de la raie Ha de l'hydrogène (dispersion inverse moyenne de 0.115 A/pixel).

La méthode exposée utilise le logiciel SPiris pour le prétraitement et surtout, le logiciel VisualSpec pour calculer la réponse proprement dite. Cette dernière est extraite en faisant le rapport entre le spectre d'une étoile observée avec Lhires III et le spectre de cette même étoile, déjà calibré, observé avec le spectrographe UVES qui équipe l'un des télescope de 8 mètre du VLT (Chili).

L'étoile choisie pour trouver la réponse du spectrographe Lhires III et de la caméra associée (ici une Audine KAF-0402ME) est Altair (a Aql). Cette étoile présente l'avantage d'être brillante, ce qui signifie qu'il est possible d'obtenir un rapport signal à bruit élevé en un temps bref. En outre, son profil spectral est très lisse, sans raies propres prononcées. Ceci facilite l'extraction d'une réponse spectrale précise. Dans Altair, aa raie Ha est bien sur visible mais elle est fortement émoussée en raison de la rotation rapide de l'étoile sur elle même (élargissement Doppler).

Voici le spectre de Altair de niveau 0c, c'est-à-dire prétraitée (retrait de l'offset, du dark et division par le flat-field et compositage) :

Le spectre 2D de niveau 0c.

Il s'agit du compositage de 5 spectres élémentaires posées chacun 120 secondes. Lhires III est placé pour l'occasion au foyer d'un télescope Célestron 11 (diamètre de 0,28 m). La largeur de fente est de 26 microns. L'observation est réalisée le 18 septembre 2006.

Le prétraitement et l'extraction du profil spectral calibré en longueur d'onde ont été réalisé de manière classique avec l'outil spécialisé "Lhires" du logiciel SPiris. Le profil spectral qui en résulte, de niveau 1b est ensuite importé dans le logiciel VisualSpec :

Le profil spectral de niveau 1b de l'étoile Altair sous VisualSpec.

Etape 1 : retrait des raies telluriques

Depuis le menu Options, lancer la commande Préférences... Sélectionner le fichier H2O de nom H2O.DAT :

Au besoin, cliquer ici pour télécharger la fichier H2O5.dat (copiez le dans le répertoire d'installation de VisualSpec).

Validez en cliquant sur OK.

Lancer ensuite la commande H2O correction du menu Radiométrie :

Ajuster les curseurs pour faire disparaître au mieux les raies telluriques de la vapeur d'eau. Avec le spectre en question, les bons paramètres sont Sigma=3.7 (ce paramètre ajuste la largeur des raies) et Intensité=0.0649 (ce paramètre ajuste la profondeur des raies). Ici il la calibration spectrale est considérée comme satisfaisante (les raies H2O du spectre synthétique H205.dat et du spectre réel se superposent très correctement) et il n'y a pas lieu de réaliser un décalage spectral entre les deux spectres.

Validez votre réglage en cliquant sur OK.

Vous devez transférer le profil spectral sans les raies telluriques (de couleur verte) dans une série principale (de couleur bleu). Pour cela, cliquer sur l'icône de copie de série dans la barre d'outil, puis dans la petite boite de dialogue qui s'ouvre alors, cliquer sur OK :

Sauvegarder ce résultat sur le disque sous la forme d'un fichier temporaire. Appelez le par exemple TMP (vous trouverez alors le fichier tmp.spc dans le répertoire des spectres que vous utilisez).

Voici ce profil spectral contenu dans le fichier tmp.spc. C'est le spectre de Altair tel qu'il serait observé avec une atmosphère quasi sèche :

Etape 2 : division du spectre observé par le spectre de référence

Charger en mémoire le spectre tmp.spec, mais aussi le spectre altair_uves_ha.spc. Ce dernier est un extrait du spectre Echelle UVES de l'étoile Altair autour de Ha. (voir ici une librairie de spectres UVES). Vous pouvez cliquer ici pour télécharger le fichier altair_uves_ha.spc (taille de 1,5 Mo environ). Voici ce spectre, qui couvre ici un domaine spectral allant de 6400 à 6700 angstroms environ :

Le spectre UVES est ensuite copié pour être superposé à notre spectre temporaire de Altair (copier/coller du menu Edition) :

Dans la vue ci-dessus, le spectre UVES est en rose et le spectre temporaire en bleu. Le décalage en longueur d'onde ne doit pas surprendre. Il traduit un effet Doppler différentiel du fait que la vitesse de la Terre projetée dans la direction de l'étoile n'est pas la même puisque les dates d'observation ne sont pas les mêmes.

Nous allons décaler spectralement le spectre UVES pour qu'il se confonde au mieux avec le spectre temporaire. Le décalage peut être contrôlé à l'oeil et intéractivement la commande Translater... du menu Outils (bien vérifier au préalable que le spectre UVES est sélectionné, le faire au besoin en cliquant dessus avec le pointeur de souris) :

On trouve ici un décalage relatif d'environ 0.45 angstrom. Cette précision est suffisante. Valider en cliquant sur le bouton Fermer dans la boite de dialogue.

Sélectionner à présent le spectre temporaire (bleu), puis lancer la commande Diviser un spectre par un autre... du menu Opérations. Diviser le spectre temporaire par le spectre UVES :

Sauvegarder le résultat de la division dans le fichier TMP2 (par exemple) :

Le résultat de la division du spectre de Altair observé et du spectre UVES

Etape 3 : extraction finale de la réponse spectral

Le profil tmp2.spc est pratiquement la réponse spectrale, mais nous n'allons pas l'utiliser sous cette forme. Nous allons le nettoyer des variations haute fréquence (de petite échelle) qui sont soit du bruit, soit des résidus de raies telluriques...

Il est fortement recommandé à ce stade de ne garder que la partie significative du spectre. Ici, nous allons éliminer en particulier les points non valides à gauche du spectre. Isoler la partie utile du spectre en glissant avec la souris et en appuyant sur le bouton gauche, puis cliquer l'icône ciseau de la boite d'outils :

Lancer l'outil Extraire le continuum... du menu Radiométrie :

Il faut bien faire attention d'ajuster le juste nécessaire du profil. Ni trop pour ne pas inclure dans la réponse spectrale finale les variations rapides, qui ne sont pas représentatives, ni pas assez, pour suivre l'allure générale de la réponse.

Valider en fermant la fenêtre d'ajustement, copier la série ajustée (en rouge) dans la série principale, puis sauvegarder ce précieux résultat dans un fichier, de nom REPONSE par exemple :

La réponse spectrale spectrale lissée.

C'est ce fichier "réponse" que l'on va utiliser pour faire transformer tous les spectres de la nuit du niveau 1b au niveau 1c (corrigé de la réponse instrumentale).

Il faut noter que le fichier de réponse spectrale est un paramètre assez stable pour une configuration donnée. C'est particulièrement vrai si les flat-field sont faire avec la même lampe (même température de couleur). Il n'est pas en général nécessaire de recalculer la réponse spectrale à chaque nuit d'observation. Simplement, il faut vérifier de temps à autre quelle n'a pas évolué en reconduisant la procédure ci-dessus.

Le spectre de niveau 1c de l'étoile Altair, obtenu en divisant le spectre de niveau 1b par la réponse instrumentale.

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