Echelle spectrum of C/2020 F3 (NEOWISE)

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Echelle spectrum of C/2020 F3 (NEOWISE)

Postby Christian Buil » Thu Jul 16, 2020 2:17 pm

eShel observation of NEOWISE (at R=11000) by using the very new ASI6200 camera (Sony IMX455) - a great setup and an important evaluation for spectrography (see a future topic in this forum). Note the very detailed spectrum observed after an insensitive working session on UVEX (the Nice People group) !

Après une intense session de travail sur UVEX (version impression 3D) avec les Nice People :

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... direction la comète NEOWISE en ce 15 juillet au soir :

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Pour l'occasion un Newton Kepler de 250 mm f/4.5 avec fibre optique couplé à un spectrographe eShel :

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le spectrographe dans une cave à vin pour une très bonne régulation thermique et une basse température du détecteur malgré la chaleur de l'été :

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avec ici une nouveauté importante, l'utilisation de la toute nouvelle caméra ASI6200MM, qui tiens ces promesses (j'en reparlerais dans un autre fil).

L'ambiance,

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et Pierre Dubreuil au guidage sur le noyau :

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Le spectre complet de la comète de 3800 A à 7580 A (il a fallut aller très vite pour les acquisitions) :

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Ici le retrait du spectre du Soleil (méthode simple par une division par le spectre solaire théorique hors atmosphère, après bien sur avoir calculer le spectre de la comète hors atmosphère en tenant compte de la transmission atmosphérique) :

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Un détails des bandes du CN à 3867 et 3881 A, c'était vraiment mon objectif principal de voir enfin ces structures fines, une des raisons de mon travail sur l'UV, qui aboutit enfin :

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Zoom sur des bandes du C2, ici encore bien résolues :

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Une autre bande C2 :

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Détails autours du doublet du sodium (D1-D2) :

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Détails autours de la raie 6300 A (fluorescence [OIII]) :

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Le spectres comportent un nombre considérable de raies. Il est très riche et va demander du travail de professionnel pour être déchiffré.

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Re: Echelle spectrum of C/2020 F3 (NEOWISE)

Postby Michel Verlinden » Thu Jul 16, 2020 2:49 pm

C'est magnifique et exceptionnel ! Félicitations à toute l'équipe et merci du partage !
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Re: Echelle spectrum of C/2020 F3 (NEOWISE)

Postby Ken Hudson » Thu Jul 16, 2020 3:34 pm

This is excellent!! Thank you for sharing your work with all of us!!

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Re: Echelle spectrum of C/2020 F3 (NEOWISE)

Postby Robin Leadbeater » Thu Jul 16, 2020 9:55 pm

Fascinating ! The faint emission lines in the Na D region have changed completely since my spectrum at the same resolution 5 days earlier

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Re: Echelle spectrum of C/2020 F3 (NEOWISE)

Postby Hubert Boussier » Fri Jul 17, 2020 11:41 am

Bonjour Christian,

Bravo pour ce spectre à toi ainsi qu'à tous les Nice People, tu sembles maintenant faire partie de la bande , deux questions :

1/ Entre le spectre sans retrait de la composante solaire et celui où cette composante a été retirée, le rapport d'intensité relative Na/CN change d'un facteur deux, as-tu une explication ?

2/ Tu écris "Ici le retrait du spectre du Soleil (méthode simple par une division par le spectre solaire théorique hors atmosphère, après bien sur avoir calculer le spectre de la comète hors atmosphère en tenant compte de la transmission atmosphérique) :"
Concrètement peux-tu développer ce que tu fais de particulier pour calculer le spectre de la comète hors atmosphère ?

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Re: Echelle spectrum of C/2020 F3 (NEOWISE)

Postby Robin Leadbeater » Fri Jul 17, 2020 2:38 pm

Robin Leadbeater wrote:The faint emission lines in the Na D region have changed completely since my spectrum at the same resolution 5 days earlier


The difference is because of the different locations of the spectra within the coma. (An advantage of a slit spectrograph) These emission lines only appear in the outer coma. My spectrum of the inner coma (sun and telluric lines subtracted) matches quite well


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Re: Echelle spectrum of C/2020 F3 (NEOWISE)

Postby Christian Buil » Fri Jul 17, 2020 4:05 pm

Bonjour Hubert, des questions intéressantes...

(1) L'intensité que l'on observe dans les raies doit être jugée par rapport au continuum local de chacune d'elles.

En l'espèce, dans le spectre non corrigé du Soleil, les raies du CN prennent appuis sur un continuum local assez bas lié au fait que l'intensité du spectre brut est plus basse à 3880 qu'à 4500 A par exemple. Du coup en divisant par le spectre solaire, je fait monter le niveau des raies CN (on divise par une valeur petite).

Le résultat n'est pas le spectre d'émission gazeuse, pour preuve, il reste un continuum non nul après cette division. J'ai simplement retiré la signature solaire en divisant. Pour trouver le spectre des raies d'émission, il faut soustraire le continuum que l'on ajuste. Cela revient à la méthode décrite dans le papier indiqué par Michel Verlinden dans l'autre fil du moment sur cette question (mais l'ordre des opérations est un peu différent).

(2) Un sujet déjà un peu discuté, mais on y reviens régulièrement, et c'est normal, ce n'est pas toujours intuitif et il est de grande importance. La méthode classique consiste à calculer la réponse de l'instrument en observant une étoile de référence proche de l'objet science. Le soucis est que cette réponse dépend de la réponse propre de l'instrument (optique, détecteur, MAIS aussi de la transmission de l'atmosphère à la hauteur d'observation. On est donc obligé de calculer une pseudo réponse instrument pour chaque objet en théorie. Le spectre calculé ainsi est cependant correct et correspond au spectre que l'on observerait hors atmosphère (depuis l'espace) puisque cette pseudo réponse corrige la transmission atmosphérique.

Mon approche est différente : je sépare la réponse purement instrumentale de la transmission atmosphérique (qui est calculée par un modèle). La réponse instrumentale est alors une constante, ce qui est fort agréable (on peut l'améliorer petit à petit par exemple). La transmission de l'atmosphère est calculée par ailleurs. Au départ cette technique peut paraitre compliquée, mais en vérité elle se révèle précise et très expéditive en routine. Voir sur cette page la description :

http://www.astrosurf.com/buil/instrument_response/

dans un cadre plus global :

http://www.astrosurf.com/buil/UVEX_soft/

(c'est UVEX qui est pris en exemple, mais on peut utiliser un tout autre spectrographe).

Il faut faire l'effort de lire, mais en fait c'est simple et aussi on comprend mieux ce qu'est un profil hors atmosphère. Cette méthode permet aussi de se tirer d'affaire lorsqu'on n'a pas observé une réf"rence, dans les situations difficiles comme sur la comète F3. C'est un spectre théorique (hors atmosphère) du soleil qui sert alors de référence.

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Re: Echelle spectrum of C/2020 F3 (NEOWISE)

Postby Hubert Boussier » Fri Jul 17, 2020 7:28 pm

Merci Christian pour ces éclaircissements, cela m'a remis en tête le fait que la seule division par le spectre solaire ne suffit pas pour avoir uniquement le spectre de raies d'émission. Je t'avais en effet entendu en parler du retrait du continuum lors d'une conférence, sur le coup j''avais eu l'impression de l'avoir compris et enregistré, mais je ne l'ayant pas mis en pratique dans la foulée du fait du manque de comètes j'ai oublié.
Cette fois, je vais mettre cela en pratique sur mes spectres de F3. J'espère qu'après ce TP cela restera gravé dans ce qui me tient lieu de mémoire et que tu n'auras pas à me le réexpliquer l'année prochaine.

Pour le second point, la méthode réponse instrumentale d'une part et réponse du ciel d'autre part, ça, je m'en souvenais, car tu nous avais fait une conférence la dessus. Simplement je n'avais pas compris que dans ta présentation tu fais allusion à cette méthode.


Du coup cela suscite une nouvelle interrogation.

Quand je réduit mon spectre de comète avec une réponse instrument+ciel calculée à partir d'une étoile de référence faite un peu avant le lever de la comète à l'endroit où sera la comète 30 min après, j'obtiens un spectre de comète hors atmosphère. J'ai vérifié au passage que le spectre de l'étoile de référence corrigé avec la réponse instrument+ciel se superposait bien avec le spectre type de cette étoile hors atmosphère.

A partir des mêmes images 2D, sur lesquelles on voit le spectre de la lumière solaire en fond de ciel, je trace un profil loin de la trace de la comète.Si je réduit ce spectre avec la même réponse instrument+ciel, je devrais obtenir un spectre solaire hors atmosphère.
Mais quand je compare ce spectre solaire au spectre synthétique d'une étoile G2V hors atmosphère, je retrouve bien les même raies d'absorption, mais le continuum ne présente pas le même profil.

Où peut être l'erreur ?

Bonnes observations, profite du ciel limpide de Provence.
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Re: Echelle spectrum of C/2020 F3 (NEOWISE)

Postby Benjamin Mauclaire » Fri Jul 17, 2020 9:56 pm

Bonsoir,

Quelle belle comète !
Cela faisait longtemps.

Au sujet de la méthode que décrit Christian (réponse instrumentale intrinsèque et transmission atmosphérique) j'avais rédigé à l'époque un résumé pour sa mise en oeuvre :

http://spcaudace.free.fr/training/corratmo/

C'est en effet expéditif et cela assure un résultat solide pour peu que l'on estime correctement l'AOD correspondant aux conditions d'observations. C'est moins contraignant que la prise du spectre d'une étoile de référence proche de la cible et plus systématique comme méthode surtout lorsque l'on observe toujours du même endroit.
Pour simplifier la recherche de l'AOD lié aux observations j'y propose des mots (sec/normal/orageux/lourd) mais on peut aussi utiliser une valeur pour AOD.

Benji
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Re: Echelle spectrum of C/2020 F3 (NEOWISE)

Postby Robin Leadbeater » Sat Jul 18, 2020 1:07 am

The problem with correcting separately for instrument response and atmosphere is where there is any chromatism (from the atmosphere or the telescope optics.) In this case the selective sampling at the slit varies with focus and the instrument response is not reliably constant. (I see this very clearly with my SCT plus reducer). Taking a reference star to measure the instrument response on the night and then using a typical AOD to correct for just the difference in air mass could be another approach

Cheers
Robin
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