Kits de mise à jour du spectrographe Lhires III
Christian Buil
Depuis le début 2015, la société Shelyak Instruments propose un ensemble de kits de mise à jour du spectrographe Lhires III. Il s'agit d'une part d'une nouvelle optique de guidage offrant une image plus nette (système de transport d'image à deux doublets achromatiques) et une disposition opto-mécanique plus simple et fiable. Il s'agit d'autre part d'un système d'étalonnage spectral motorisé (lampe néon ou lampe néon-argon au choix). Grace à ce dernier dispositif, une commande à distance de l'étalonnage spectral est envisageable. La lampe néon-argon, en remplacement de la lampe néon simple, offre par ailleurs une densité de raies d'étalonnage nettement plus élevée (l'étalonnage spectral dans le bleu est par exemple possible, chose délicate avec une lampe néon, cette dernière concentrant ces raies monochromatiques uniquement dans le partie rouge du spectre).
Voici en photo, quelques étapes du montage (très bien décrit dans la documentation Shelyak) :
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On profite du démontage/remontage pour affiner le réglage du collimateur/objectif. La fente est en place, on retire le support de réseau et on observe l'image de la fente avec une petite lunette avec réticule réglée sur l'infini (ici un chercheur de télescope). Le but est que la fente soit vue bien nette. Ce faisant, les rayons incidents sur le réseau, et qui arrivent d'un point de la fente, sont bien parallèles entre-eux. Pour effecter le réglage on agit sur l'objectif, en visant ou dévisant sa monture. La qualité de cette collimation impacte celle du spectre final (voir cette page). Valérie Desnoux est ici à la manoeuvre :
Une méthode alternative consiste à employer un boitier photographique équipé d'un bon téléobjectif, réglé à l'infini avec l'autofocus sur un objet très lointain. La distance focale de l'objectif photo est ici de 200 mm. Le mode Live-View avec une forte loupe sur l'écran LCD permet d'atteindre une grande précision de manière objective :
La caméra science est ensuite mise en place. Il faut ajuster son tirage pour obtenir une image nette (sans toucher à l'objectif). Dans mon cas, pour respecter cette condition, la distance entre le face arrière du spectrographe et la face avant de la caméra est de 48,5 mm. Il est à signaler que pour obtenir ce resultat j'ai été ammené à réduire l'épaisseur de la pièce d'interface de 1,3 mm (l'épaisseur de l'épaulement est passé de 5 mm à 3,7 mm) :
Ci-dessous une vue de la nouvelle interface de la caméra de guidage (monture C). Les opérations de focalisation et d'orientation de la caméra guide sont considérablement plus confortables avec le kit par rapport à l'ancien système :
Sur l'image suivante, l'allure du champ de guidage avec la nouvelle optique (l'astre dans la fente est l'étoile symbiotique V694 Mon, de magnitude 9,8). Le temps de pose pour ce cliché est de 15 secondes (caméra de guidage Atik314L). J'ai utilisé ici une fente photométrique de 35 microns / 350 microns. Le piqué de l'image est grandement amélioré avec le kit (noter la netteté de la fente, celle-ci ressortant sur le fond de ciel très pollué de mon observatoire) :
Extrait du spectre 2D de V694 Mon autour de la raie Halpha de l'hydrogène. Le réseau utilisé est le 1800 trais/mm, pour un pouvoir de résolution voisin de R = 8800. La caméra d'acquisition est un modèle Atik460EX exploité en binning 2x2 :
Le profil spectral de V694 Mon (avec deux contrastes). Le temps de pose est de 10 x 600 secondes et le télescope un C11 (D= 0.28 m) à f/10 (la transmission de fente de 35 microns mesurée grace à la fente photomérique est de 0,52, ce qui signifie qu'environ 50% des photons collectés par le télescope entre effectivement dans le spectrographe :
A la suite, l'image de nébuleuse planétaire NGC 2392 (Clown nebula) centrée sur la fente du spectrographe Lhires III (35 microns de large - caméra Atik314L - temps de pose de 10 secondes) :
Ci-après, le spectre 2D correspondand de NCG 2392, avec le réseau de 1800 traits/mm autour la raie Halpha :
Pour une représentation à l'échelle 1 de ce document, cliquer sur l'image. Dans la partie supérieure on trouve le spectre proprement dit de la nébuleuse (ainsi que celui de l'étoile centrale, le fin trait horizontal). La structure des raies est complexe. Cette forme est dûe au mouvement rapides des gaz et l'effet Doppler-Fizeau consécutif. On mesure ici des vitesses de +/-90 km/s. La structure dynamique n'est par strictement identique suivant qu'on s'intéresse à la raie de l'hydrogène et aux raies de l'azote qui l'encadre.
Dans la partie inférieure du document a été accolé le spectre de la lampe néon-argon du kit d'étalonnage au moment de cette observation. La densité de raies disponible, y compris dans le rouge, est accrue après l'"upgrade" d'étalonnage. Les raies employées (sous le logiciel ISIS en mode liste) sont indiqués. Pour les utilisateurs de ISIS, voici le fichier descriptif correspondant (ajustement de la loi d'étaloannge d'un polynôme de degré 3, et une dispersion moyenne de 0,2018 A/pixel):
Dans le même esprit, le spectre de NGC 2392 autour de la raie Hbeta et du doublet de l'oxygène interdit :
Le fait de disposer d'un large choix de raies d'étalonnage, y compris dans les parties le bleu et dans le verte du spectre, fait que l'on hésite bien moins à les explorer avec le spectrographe Lhires III en haute résolution spectrale. Noter que la lampe néon-argon du kit contient aussi des traces d'hydrogène et que les raies de ce gaz sont visibles dans le spectre d'étalonnage, mais diffuses.
Un objet facile, la nébuleuse d'Orion (M42) :
et le spectre 2D correspondant à la tranche de l'objet observé :
Les mouvement de gaz sont bien moins rapides au coeur de Messier 42 comparativement à la situation de NGC 2392. On remarque le long de l'image de la fente les variations de brillante dans la zone visée. La raie de l'hélium à 6678 angstroms est dans le champ spectral (c'est l'intéret d'employer le réseaude 1800 traits/mm avec le Lhires III). Ceci est astrophysiquement profitable notamment lorsqu'on étudie les étoiles Be, comme ici le spectre de l'étoile kappa Dra :
aussi dans le bleu-vert :
Un dernier exemple, le spectre de l'étoile delta Sco, respectivement autour de la raie Halpha et la raie Hbeta :
Pour conclure, le confort qu'offre les kits de mise à jour de Lhires III est un vrai plus et donne une seconde jeunesse au vénérable Lhires III, indémodable en fait !