optical informations

1. PHOTOMETRIE
Olivier Thizy
(30 Avril 2005)

2. Agenda
 Introduction (formule de Pogson)
 Flux
 Standard UBV (Johnson) – RI (Cousin)
 Mesure de flux
 Mesure directe
 Modélisation
 Catalogues de références
 Logiciels
 Photométrie «absolue»
 Projets de Photométrie
 Astéroïdes – de la courbe à la modélisation 3D
 Etoiles Variables – exemple des SX Phoenix
 Super Novae – type de SN
 Autres Projets
 Quelques Logiciels…

3. Introduction
 Sujet abordé = photométrie «stellaire»
Nous n’aborderons pas la photométrie rapide ni la
photométrie d’objet étendu (comète, nébuleuses…)
 Formule de Pogson:
Magnitude = Référence - 2.5 * Log (Flux Objet)
ou
Mag1 – Mag2 = -2.5 * Log (Flux1 / Flux2)

4. Flux
 Le flux mesuré dépend de:
 Le flux «absolu» de l’objet
 La distance de l’objet
 L’atmosphère (donc de l’endroit visé, de la hauteur sur l’horizon
masse d’air); cela peut varier d’une observation à l’autre!
 L’optique de son instrument (incluant les filtres)
 Le rapport quantique de son capteur
 Toute mesure sera entachée de «bruit» que l’on essayera
de réduire au maximum!

5. Standards UBV - RI
 Harold Johnson & W.W. Morgan ont proposé un
système de filtres en 1953; ce système est devenu
le standard UBV (U=Ultra-violet, B=Blue,
V=Visual)
 Le système a été étendu par Johnson & Cousins
avec les flux RI (R=Red, I=InfraRed)

6. Filtres BVRI

7. Ex: filtres à Saint-Véran

8. Quand filtrer ?
 Utiliser un filtre permet d’améliorer le contraste de
l’objet (et le rapport Signal/Bruit).
 Ne pas mettre de filtre si le rapport S/B n’est pas
suffisant (<50-100).
 Utiliser un filtre R pour les astéroïdes, voir V (les
capteurs CCD étant sensibles dans le Rouge)

9. Mesure directe
 Mesure du flux sur l’image par «comptage» du
signal dans une «fenêtre»
 Forme carrée
 Forme circulaire
 Forme elliptique
 Sub-pixelisation
 Fond du ciel (moyenne ou médiane) à retirer

10. Modélisation – quelques définitions
 PSF: Point Spread Function.
C’est la forme que prend une étoile («ponctuelle») au
foyer de l’instrument
 FWHM: Full Width Half Maximum
 En première approximation, la PSF
est de forme gaussienne
FWHM

11. Autres modélisations
 Lorentz
 Moffat (ex: Prism)

12. Photométrie Différentielle
 On mesure le flux de l’Objet par rapport à une Référence
(photométrie «relative»)
 Référence =
 Une étoile
 Une «super-étoile»: le flux de plusieurs étoiles est additionné
 Conseil:
 utiliser des étoiles de références de magnitude proche et de «couleur» proche
(pour les astéroïdes, prendre des étoiles de type G, solaire)
 Attention: vérifier avec une mesure sur une étoile «test» que vos références
sont stables dans le temps!
 Bien entendu, faire les pré-traitements!!!

13. Catalogues de Références
 USNO 2: le mieux actuellement
 Pour les astéroïdes imagés sans filtre, utiliser la
composante «R» (car CCD plus sensible dans le Rouge)
 GSC: trop ancien & magnitudes incertaines
 UCAC: en cours, très précis
 Note: le Canopus utilise un catalogue d’étoiles
sélectionnées en fonction des indices de couleur
(étoiles proches du type G)

14. Logiciels
 IRIS: gratuit & efficace (attention aux images en
16bits!): http://astrosurf.com/buil/iris/iris.htm
 AudeLA: gratuit & puissant (script «CALAPhot»)!
http://audela.ccdaude.com/
 TeleAuto: pas testé mais semble sympa
 PRISM: cher; script puissant de L. Bernasconi
 CANOPUS: cher; spécialisé pour les courbes de
rotation, recherche de période incluse

15. Photométrie «absolue»
 Mesurer, à différentes masses d’air,
un champ de référence (avec filtre!)
pour avoir la constante des magnitudes
 Champ dans M67, M92, & NGC7790
(cf «le guide pratique de l’astronomie CCD»
de P.Martinez & A.Klotz)
 Landolt: champs de référence
http://www.cfht.hawaii.edu/ObsInfo/Standards/Landolt/
 Relier les séries de mesures
(ex: plusieurs nuits) entre elles
grâce à ces mesures de références

16. Instrumentation
 Télescope avec suivi sidéral (2-3 min de pose pour
astéroïdes) et une Caméra CCD 
 Taille pixel ½ du seeing (FWHM): environ 2’’
 Rapport S/B 100  0.01 magnitude de précision
 Filtre R ou V éventuellement
 Champ >10’ (>5 étoiles de référence)
 50 mesures / période
 Horloge mise à jour (heure TU)!!!
Diamètre Mag.
Limite
200mm 13.5
400mm 15.0
1000mm 17.0
Poses de 2min, S/N=100

17. Courbes de Rotation – Astéroïdes
321 Florentina (14/15 Oct 1999)

18. Courbes de Rotation – Astéroïdes
http://obswww.unige.ch/~behrend/page_cou.html
Attention au temps lumière (distance Terre-Astéroïde) pour les raccords!

19. CdR: A quoi ça sert?
 Étude des corrélations entre les périodes de rotation & les types d’astéroïdes
 Rechercher des «gros» (>100m) astéroïdes avec périodes courte (<2.25h): solides!
 Rechercher des rotateurs lents pour affiner les théories
 Étude long terme des coefficients de phase
 Détermination de l’orientation, du sens de rotation, et de la forme!
 La recherche de la forme peut être corrélée avec les occultations astéroïdales…
 Certains astéroïdes son binaires!
 Seulement 1% des astéroïdes ont été mesurés… introduisant des biais de mesures
 Satisfaction de travailler avec des professionnels et de voir son nom dans une
publication officielle!!!
 …et on peut même découvrir des étoiles variables avec les mesures faites!

20. CdR: sélection des cibles
 Aller sur le «CALL» (Collaborative Asteroidal
Lightcurve Link):
http://www.minorplanetobserver.com/astlc/default.htm
 Choisir un astéroïde proche de son opposition
 Choisir un astéroïde mesuré peu souvent voir pas
du tout (cf catalogue de Harris sur le site du
CALL)
 Simplement, choisir une cible parmi toutes celles
proposées sur le CALL tout les trimestre!

21. Étoiles Variables
 Binaires à éclipses (ex: Algol)
 Étoiles pulsantes (ex: Mira Ceti, RR Lyr,
Céphéides, Delta Scuti…)
 Étoiles cataclysmiques (ex: novae)
 General Catalog of Variable Star: >36000 étoiles!

22. Exemple de variable: DY Peg
 Type SX Phoenix, tout comme:
 BL Cam: m=13.1, période=56min
 WW Cyg: m=11.7, période=194min
 CY Aqr: m=10.8, période=88min
 Magnitude autour de 10.3
 Période 105min (<2h)
 2ème étoile proche: possibilité de la faire avec la caméra
DSI de Meade ?
 Faite avec une petite caméra (Pixel 211) à l’observatoire

23. Champ de la variable

24. Résultat sur DY Peg

25. Ex: CY Aqr, variation de période!
Diagramme O-C (J.N. Fu)

26. Super-Novae
 La forme de la courbe de lumière indique le type
de la Super-Nova
 Demande une rapidité de réaction pour mesurer la
magnitude avant le maximum!
http://www.astrosurf.com/snaude/

27. 1998S dans NGC3877

28. 1998S dans NGC3877

29. Autres projets en photométrie…
 Diagramme HR:
 Faire le champ d’un amas d’étoile en B & V
 Tracer B-V en fonction de V
 Mesure sur les «ronds» d’étoiles

30. Références
 A Practical to Lightcurve Photometry and Analysis (Brian D. Warner, BDW
Publishing)
 Observing Variable Stars (Gerry A. Good, édition Springer)
 Cours de Stetson: http://nedwww.ipac.caltech.edu/level5/Stetson/frames.html
 AAVSO: http://www.aavso.org/