Lors du passage d'une exoplanète devant son étoile, on peut mesurer une baisse de luminosité. Ce tutoriel explique comment dresser une courbe de lumière avec le logiciel Iris avec la méthode de la photométrie d'ouverture.

1. Photométrie
Tutoriel avec Iris
Didier Walliang – 04/03/2018 - http://www.astronomie54.fr

2. Mesure du transit d’une exoplanète
Le principe : lorsqu’une exoplanète passe devant son étoile, on observe une
baisse de luminosité de l’étoile.

3. L’exoplanète HD209458 b
Dans la constellation de Pégase
Magnitude de l’étoile : 7,65
Baisse de luminosité : 0,016 magnitude (1,5%)
Durée du transit : 184 min
Révolution : 3,5 jours

4. Détection de l’exoplanète HD209458 b
Détectable par des amateurs avec des moyens relativement modestes
Dans notre cas :
– Télescope ASA (Newton) de 250mm
– Camera CCD Atik 11000
– Lieu : Vandoeuvre-lès-Nancy

5. Détection de l’exoplanète HD209458 b

6. Conditions de prise de vue
Présence de la Lune gibbeuse (pleine à 77%)
Présence de légers nuages d’altitude
Temps de pose : 30s (erreur de mesure liée à la scintillation atmosphérique :
0,002 mag)
Résolution temporelle : 1 minute (une image par minute)
227 images exploitables (le 30/10/2017 de 18:43:55 TU à 22:16:51 TU)

7. Traitement des images avec Iris
Iris : logiciel d’astronomie gratuit, développé par un français, Christian Buil
Téléchargement et documentation : http://astrosurf.com/buil/iris/iris.htm

8. Conseils pour les noms des fichiers avec Iris
i1, i2… : images
o1, o2… : offsets
d1, d2… : darks
f1, f2… : flats
offset : offset maître
dark : dark maître
flat : flat maître
p1, p2… : images prétraitées
r1, r2… : images registrées (recentrées)

9. Synonymes
dark = noir
offset = bias
flat = PLU (Plage de Lumière Uniforme)
registration = alignement
prétraitement = calibration

11. Réglages généraux

12. Réglages généraux
Indiquer le répertoire où se trouvent les images à traiter.
Il faut suffisamment d’espace disque (prévoyez quelques Go).
FIT est le format
universel des images
astronomiques (il est
compatible avec les
autres logiciels astro)

13. Tri des images
Les images fournies ont déjà été triées.
Les images comportant un défaut de suivi ont été enlevées.
Dans un cas réel, il faudrait utiliser les fonctionnalités « Sélection d’images »
et « Animation » pour faire le tri.

14. Conversion des fichiers : 0 à 65535 => 0 à 32767 ADU
Les fichiers issus des caméras CCD sont codés sur 16 bits.
Il y a des niveaux de gris compris entre 0 et 65535
(On parle de 16 bits non signés, car il n’y a pas vraiment de signe, toutes les
valeurs sont positives)
Iris ne sait pas gérer des niveaux de gris au-delà de 32767. En réalité Iris
travaille avec des valeurs comprises entre -32768 à 32767.
Si on ouvre avec Iris un fichier où des valeurs sont supérieures à 32767, ces
valeurs sont tronquées à 32767.
C’est particulièrement gênant pour les flats (où les valeurs sont souvent
supérieures à 32767).
Plusieurs solutions possibles :
- Laisser Iris tronquer les valeurs trop grandes (pas possible si les valeurs
des flats sont supérieures à 32767)
- Soustraire 32768 : les valeurs deviennent entre -32768 et 32767
- Diviser par 2 : les valeurs deviennent entre 0 et 32767
Nous allons diviser les valeurs par 2 pour avoir uniquement des valeurs
positives. Les valeurs négatives peuvent parfois poser problème.

15. Conversion des fichiers : 0 à 65535 => 0 à 32767 ADU
On ajoute un « c » au préfixe du nom du fichier pour indiquer qu’il est
converti.

16. Conversion des fichiers : 0 à 65535 => 0 à 32767 ADU
Faire la même chose pour les autres images

17. Faire un offset maître

18. Faire un offset maître
Une fois qu’Iris a fini de travailler, ne pas oublier de sauvegarder le résultat !

19. Faire un offset maître
Iris a affiché une fenêtre qui donne quelques informations sur le traitement.
Vous pouvez masquer cette fenêtre.

20. Faire un dark maître

21. Faire un dark maître
Une fois qu’Iris a fini de travailler, ne pas oublier de sauvegarder le résultat !

22. Faire un flat maître

23. Faire un flat maître
Une fois qu’Iris a fini de travailler, ne pas oublier de sauvegarder le résultat !
Laisser la valeur par
défaut (5000)

24. Correction cosmétique (facultatif)
Permet d’éliminer les points chauds.
Il faut d’abord établir la liste des points chauds.
Pour cela :
1) Charger le master dark

25. Correction cosmétique (facultatif)
2) Passer la souris dans l’image et regarder les intensités lumineuses moyennes

26. Correction cosmétique (facultatif)
3) Taper la commande :
• « cosme » est le nom du fichier qui sera créé
• « 100 » indique que l’on va repérer tous les points chauds dont
l’intensité est supérieure à 100 ADU. Cette valeur est un peu
arbitraire. Il faut qu’elle soit supérieure à la valeur moyenne vue au
point 3).

27. Correction cosmétique (facultatif)
La fenêtre « Sortie » indique le nombre de points chauds trouvés.
Nous avons ici un capteur à 11 millions de pixels. Ici on a trouvé 3417
points chauds, ce qui est correct. Au-dessus de 10 000, c’est beaucoup.
En-dessous de 100, c’est peu.
Si le nombre de points chauds trouvés ne vous convient pas, revenez
au point 4, changez le seuil de détection et relancez la commande.

28. Correction cosmétique (facultatif)
Pour information, Iris a créé un fichier « cosme.lst ». En ouvrant ce
fichier avec le bloc-note, on voit les coordonnées des points chauds
détectés.
Si nécessaire, on peut ajouter des points dans ce fichier.

29. Prétraitement

30. Prétraitement
Si vous avez fait l’étape
« Correction cosmétique »,
mettez le nom du fichier
créé.
Sinon laisser ce champ
vide.

31. Le traitement sera long (plusieurs minutes).
Windows pourra indiquer que le programme « Ne répond pas ».
C’est normal. Il faut laisser Iris terminer.

32. Alignement
La difficulté avec nos images est que les étoiles sont très défocalisées (car ils ne
faut pas saturer pour faire des mesures photométriques).
Les méthodes d’alignements classiques ne fonctionnent pas.
Nous allons utiliser une méthode d’alignement utilisée habituellement pour
l’imagerie planétaire.
Ouvrir l’image « p1.fit » puis sélectionner une zone autour d’une étoile. La taille
de la zone n’a aucune importance, elle sert juste à définir le centre d’intérêt dans
l’image.

33. Alignement
Taper la commande PREGISTER [ENTREE] [SORTIE] [TAILLE] [NOMBRE] :
[TAILLE] doit être plus grand que l’étoile et doit être une puissance de 2 : 64,
128, 256, 512…
Le carré résultant devra contenir l’étoile de référence sur toutes les images,
donc il faut choisir une taille suffisamment grande (ici 256 est le minimum qui
fonctionne).

34. Vous pouvez regarder la progression du traitement en suivant la création
progressive des fichier rX.fit

35. Remettre la date et l’heure correctement pour Iris
Pour tracer une courbe de lumière avec une échelle de temps correcte, nous
aurons besoin que les dates et heures soient correctement renseignées pour Iris
(Iris n’interprète pas toujours correctement les dates et heures positionnées par
les logiciels d’acquisition).
Pour vérifier, ouvrir l’image « r1.fit » et taper la commande « info »
Résultat KO : Résultat OK :

36. Remettre la date et l’heure correctement pour Iris
Pour remettre la date et l’heure, on peut utiliser la commande « init_date » et
fournir à Iris un fichier avec les dates et heures.
Pour constituer ce fichier, on reprend les dates et heures dans l’entête des
fichiers FITS.

37. Remettre la date et l’heure correctement pour Iris

38. Remettre la date et l’heure correctement pour Iris
Fichier texte (extension « .lst ») à créer :
Pour ce TP, le fichier a déjà été créé et est fourni.
Il se nomme dates_r.lst
De plus cela permet de corriger l’heure car le PC d’acquisition avançait de
4min45s.

39. Remettre la date et l’heure correctement pour Iris
Lancer la commande « init_date » avec le nom du fichier en paramètre :
Les dates ont normalement été positionnées.
Vous pouvez le vérifier en chargeant une image et en lançant la
commande « info ».

40. Remettre la date et l’heure correctement pour Iris
Résultat :

41. On peut aussi vérifier en regardant les informations dans l’entête d’un fichier
FITS.
Remettre la date et l’heure correctement pour Iris
Résultat :
« DATE-OBS » indique la date de prise de vue
« UT-START » indique l’heure TU de début de la prise de vue

42. Attention : la commande « init_date » peut mettre en vrac
les fichiers FITS sans que l’on s’en aperçoive (du moins
l’entête).
Par exemple avec nos images si on commence à
réinitialiser la date des images « i », puis qu’on lance la
commande « convertsx », alors la commande ne fait rien. Il
n’y a pas de message d’erreur, on croit que ça s’est bien
passé, mais les valeurs n’ont pas été divisées par 2 !
Conseil : passer la commande « init_date » à la fin du
prétraitement (ici sur les fichiers « r »).
Remettre la date et l’heure correctement pour Iris

43. Courbe de lumière avec Iris : taille des cercles
Nous allons maintenant déterminer la taille des cercles d’ouverture.
Le principe de la photométrie d’ouverture est que l’on va mesurer la lumière au
sein d’un cercle. Ce cercle doit couvrir l’ensemble du flux lumineux de l’étoile.
Ouvrir l’image « r1.fit »

44. Courbe de lumière avec Iris : taille des cercles
Nombre de cercles : 1
Rayon 1 : mettre une valeur au hasard, nous allons l’ajuster ensuite

45. Courbe de lumière avec Iris : taille des cercles
On voit que le cercle est trop petit par rapport aux étoiles.
Il faut que le cercle recouvre au moins toute une étoile.

46. Courbe de lumière avec Iris : taille des cercles
Choisissons une autre taille de cercle :

47. Courbe de lumière avec Iris : taille des cercles
Le cercle recouvre entièrement l’étoile, même un peu plus, c’est bon.

48. Courbe de lumière avec Iris : taille des cercles
Si on clique, la sortie affiche l’intensité lumineuse mesurée (c’est la somme des
ADU à l’intérieur du cercle).
Cette intensité lumineuse inclut le flux de l’étoile et aussi le flux du fond de ciel.
Comme ce qui nous intéresse est uniquement la lumière de l’étoile, il va falloir
enlever la lumière issue du fond de ciel.
Pour cela on va estimer la lumière du fond de ciel avec un anneau autour de
l’étoile.

49. Courbe de lumière avec Iris : taille des cercles

50. Courbe de lumière avec Iris : taille des cercles
Cercle intérieur :
luminosité de l’étoile et du
fond de ciel
Anneau intermédiaire :
zone tampon (ne sert pas)
Anneau extérieur : sert à
évaluer le fond de ciel
Dans l’anneau extérieur, il faut éviter d’y inclure la lumière d’une étoile proche

51. Courbe de lumière avec Iris : taille des cercles
Si on clique, la sortie affiche l’intensité lumineuse de l’étoile uniquement (ici :
4139059 ADU), l’intensité du fond de ciel ayant été soustraite.
Nous avons déterminé la taille de nos cercles, nous allons pouvoir passer à
l’étape suivante.

52. Courbe de lumière avec Iris : taille des cercles
Pour enlever le pointeur de la souris avec les cercles :

53. Courbe de lumière avec Iris : sélection des étoiles
Nous allons maintenant sélectionner les étoiles qui serviront à la mesure
photométrique.
La première étoile doit être celle dont on veut mesurer la luminosité : HD209458.
Les autres seront des étoiles de référence. Elles ne doivent pas être variables,
être de la même couleur (même type spectral) et à peu près de la même
magnitude.

54. Courbe de lumière avec Iris : sélection des étoiles
HD 209346 (mag 8.33)
Type A2
HD 209357 (mag 8.68)
Type K0
HD 209458 (mag 7.63)
Type G0
HD 209379 (mag 8.85)
Type G5
HD 209165 (mag 8,75)
Type A2

55. Courbe de lumière avec Iris : sélection des étoiles

56. Courbe de lumière avec Iris : sélection des étoiles
Objet 2
HD 209346 (mag 8.33)
Type A2
Objet 3
HD 209357 (mag 8.68)
Type K0
Objet 1
HD 209458 (mag 7.63)
Type G0
Objet 4
HD 209379 (mag 8.85)
Type G5
Objet 5
HD 209165 (mag 8,75)
Type A2
Sélectionner les étoiles, de l’objet 1 à l’objet 5.

57. Courbe de lumière avec Iris : sélection des étoiles
Objet 1
…
clic =>

58. Courbe de lumière avec Iris : sélection des étoiles
Objet 2
…

59. Courbe de lumière avec Iris

61. Courbe de lumière avec Iris
Jour julien Magnitude
relative
objet #1
Magnitude
relative
objet #2
Magnitude
relative
objet #3
=> Fichier
phot.lst

62. Courbe de lumière avec Iris
Jour julien Flux
objet #1
Flux
objet #2
Flux
objet #3
=> Fichier
phot.lst
Si vous n’avez
pas coché
« Sortie en
magnitude » alors
vous avez le
résultat en flux
lumineux (somme
des ADU).

63. Courbe de lumière avec Iris
On peut retrouver les valeurs en magnitude avec la formule de Pogson :
m1 - m2 = - 2,5 log E1/ E2
Avec
• m1 : magnitude de l’étoile 1
• m2 : magnitude de l’étoile 2
• E1 : (éclat) flux de l’étoile 1 (exprimé en w.m-2 ou en unités arbitraires).
• E2 : (éclat) flux de l’étoile 2 (idem)
Application numérique :
-2,5 log (3851974/1) = -16,464

64. L’ajustement de la constante permet de retrouver la magnitude apparente réelle
(facultatif)
La magnitude apparente
de HD209458 est 7,65.
La magnitude relative
calculée par Iris est
environ -16,5.
La différence est les deux
est 24,15

65. Courbe de lumière avec Iris
Jour julien Magnitude
apparente
objet #1
Magnitude
apparente
objet #2
Magnitude
apparente
objet #3
=> Fichier
phot.lst

66. Courbe de lumière avec Iris
Plusieurs fichiers texte sont écrits sur le disque :
• delta.dat
• delta2.dat
• phot.lst (même chose que dans la fenêtre « Sortie »)
• verif.dat

67. Courbe de lumière avec Iris
Numéro
image
Différence de magnitude entre
l’objet 1 et la moyenne des
autres objets

68. Courbe de lumière avec Iris
Jour julien
Différence de magnitude entre
l’objet 1 et la moyenne des
autres objets

69. Mesure de la magnitude avec Iris

70. Courbe de lumière avec Iris

71. Courbe de lumière avec Iris

72. Courbe de lumière avec Iris
Numéro image
mmag

73. Courbe de lumière avec Iris
On peut régler l’échelle du graph et le type de tracé

74. Courbe de lumière avec Iris

75. Courbe de lumière avec Iris
On observe bien une baisse de luminosité de l’ordre de 20 mmag (0,020 mag)
pendant environ 3 heures.

76. Courbe de lumière avec Iris
Vous pouvez utiliser les fichiers « phot.lst » « delta2.dat » pour exploiter les
données avec d’autres logiciels (Excel…)

77. Fichiers à conserver
• les images brutes
• dates_r.lst
• offset.fit
• dark.fit
• flat.fit
• cosme.lst
• delta.dat
• delta2.dat
• phot.lst
• verif.dat
Les autres fichiers peuvent être supprimés

78. Pour aller plus loin
Iris - Modifier la date de prise de vue d’une image : fin de
http://www.astrosurf.com/buil/iris/tutorial15/doc38_fr.htm
Iris - Photométrie : http://www.astrosurf.com/buil/iris/tutorial15/doc38_fr.htm
Détection de l’exoplanète HD189733 b avec un APN :
http://www.astrosurf.com/buil/exoplanet/phot.htm
Détection de l’exoplanète HD189733 b avec un spectro et un APN :
http://www.astrosurf.com/buil/extrasolar/obs.htm#Observation%20of%20HD1897
33%20b
Informations sur HD209458 b et transits observés :
http://var2.astro.cz/ETD/etd.php?STARNAME=HD209458&PLANET=b
Prochains transits :
http://var2.astro.cz/ETD/predict_detail.php?delka=6&submit=submit&sirka=49&S
TARNAME=HD209458&PLANET=b