UVEX spectrograph (version 2)

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UVEX spectrograph (version 2)

Postby Christian Buil » Mon Aug 06, 2018 11:36 pm

First light of second revision of UVEX spectrograph...

Entouré de fameux amateurs Niçois : Stéphane Ubaud, Pierre Dubreuil, Alain Lopez et Jean-Luc Martin, une version 2 du spectrographe UVEX (Ultraviolet Explorer) voit le jour :

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Voir http://www.astrosurf.com/buil/UVEX/index.html et aussi discussions sur ce forum :
http://www.spectro-aras.com/forum/viewtopic.php?f=8&t=1773

Grace à cette très efficace équipe, une refonte totale de la CAO du projet UVEX est en cours. L'une des modifications majeure est l'ajout d'un module de guidage (celui du Alpy 600), ce qui constitue une étape essentielle pour évaluer la pertinance de ce spectrographe (possibilité de faire des longues poses). Le schéma optique a été revu (par exemple les focales des miroirs M1 et M2 sont à présent identiques (100 mm), nouvelle lentille cylindrique, ... mais toujours du standard sur étagère chez ThorLab), pas mal de facilitées ajoutées, etc :

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Voici le prototype actuel en action, de retour sur Toulouse, au foyer d'un Ritchey-Chrétien (GSO) de 10 pouces :

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La toute première lumière sur le premier "run" de réglages - évidemment Vega :

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Quelques autres spectres pris cette nuit là :

Une étoile qui a le nom d'une marque de spectrographes bien connus :

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La brillante Deneb avec ces raies de Balmer très fines :

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La cataclysmique CH Cyg (pour François, et aussi des objets de choix pour ce type de spectro je pense) :

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aussi la cataclysmique CI Cyg :

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La comète 21P (zoom sur les bandes du CN, pollution du ciel de Toulouse non retirée) :

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... etc

Suite à un second "run" de réglages, le spectro peut à présent acquérir le spectre du proche UV au proche IR en une fois et sans avoir à corriger la focalisation, c'est l'une des idées forte du projet. Noter que j'ai utilisé pour tous ces tests une fente extrêmement étroite : 14 microns, ce qui représente sur le ciel 1,4 seconde d'arc alors que mon seeing typique est de 3 secondes d'arc. Je perd donc un signal considérable dès l'entrée du spectrographe. J'ai voulu ici privilégier la résolution spectrale pour sentir comment se comporte UVEX sur ce plan. Je n'ai malheureusement pas pu obtenir le réglage optimal, à cause présence de coma résiduelle (il y a encore de la retouche CAO à faire...), mais on n'est vraiment pas loin... Voici ce que cela donne avec une caméra CMOS ASI183MM :

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Notre fameuse Shelyak :

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L'étoile CI Cyg, cette fois sur un large domaine spectral :

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L'étoile Z And (préconisée comme cible par François T) :

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(noter la remonter du continuum dans l'UV).

Ou encore la nébuleuse planétaire NGC 7027 :

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(le pouvoir de résolution dans la configuration testée (réseau de 300 traits/mm, fente 14 microns) se révèle supérieure à celle d'un Alpy 600, et un tout petit peut supérieure à celle d'un LISA (j'ai mesuré ici R = 1100 autour de Halpha), mais aussi, le domaine spectral est élargie).

Christian B et la Team Nice
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Re: UVEX spectrograph (version 2)

Postby Olivier GARDE » Tue Aug 07, 2018 7:20 am

Christian,

Génial les résultats obtenus. Pour l'autoguidage, je voit sur la photo que tu utilises un module de l'Alpy ?
Est ce satisfaisant ? As tu une image du champ du capteur ?
LHIRES III #5, LISA, e-Shel, C14, RC400 Astrosib, AP1600
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Re: UVEX spectrograph (version 2)

Postby etienne bertrand » Tue Aug 07, 2018 10:08 am

Superbe reportage Chrisitan. Le fait que le spectre soit sur l'étendue de 3500-7300A est particulièrement intéressant !
Le spectre de la comète et des nébuleuses (entre autres) sont impressionnants.
La fente de 14µm aide beaucoup pour la résolution avec l'ASI183 mais limite l’accès aux CCD avec des pixels supérieur à 6µm pour un bon échantillonnage.
Ils serait intéressant de faire un comparatif UVEX VS ALPY avec la même fente et même caméra.
Bravo pour ce nouveau spectro.
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Re: UVEX spectrograph (version 2)

Postby Michel Verlinden » Tue Aug 07, 2018 3:02 pm

Félicitations à toute l'équipe !
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Re: UVEX spectrograph (version 2)

Postby Christian Buil » Tue Aug 07, 2018 10:21 pm

UVEX V2 offers now the ability to change the grating. Here some tests by using a 600 lines/mm grating, for a resolution power of R=1800.


Un autre attrait de UVEX V2 est la possibilité de changer aisément le réseau. Lors des premiers tests, j'avais un réseau de 300 t/mm, voici maintenant le résultat avec un réseau de 600 traits/mm. Le pouvoir de résolution est en gros doublé, il atteint maintenant R = 1800. Je me suis concentrer sur la région bleu/proche UV, avec cette fois un réglage plus satisfaisant, qui élimine la coma. Voici le spectre de Véga fait la nuit dernière avec ce setup :

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On remarque la finesse de la raie CaII K a 3934 A, et aussi comment démarre la série de Balmer relativement au continuum UV qui précède, avec le min/max des raies à cheval par rapport à ce niveau (là je me suis creusé la tête, car ce n'est pas habituel avec nos spectro - et après 2 heures, j'ai fait de la Biblio et la réponse instrumentale est correcte !).

L'étoile Deneb, toujours le même coin du spectre :

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On note que cette région bleu/near UV est très riche astrophysiquement (densité des raies - la classification stellaire initiale c'est quasiment faite en utilisant ce bout de longueur d'onde).

Une étoile bien plus froide, gamma Cyg :

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Plus dur, la symbiotique CI Cyg (comparer avec le spectre fait avec le 300 traits/mm dans la première partie du fil, toujours avec une fente de 14 microns) :

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La comète 21P pour essayer de mieux détailler les bandes du CN :

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On sépare très bien les deux groupes de sous-bandes, mais elles mêmes non résolues, ce qui explique la largeur de ces "raies". Les raies de la pollution de mon observatoire sont elles aussi diffuses, ce n'est pas la résolution du spectrographe qui est ici mise en défaut. Pour preuve, les raies du mercure produite par une lampe basse consommation (cette lampe me sert à étalonner par ailleurs), bien plus fines que les bandes CN :

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En utilisant une lampe Neon Filly (dispo à une époque chez Habitat), on dispose de quelques autres raies d'un élément chimique pas encore identifié (j'ai baladé cette lampe devant l'ouverture du télescope durant 4 minutes pour obtenir ce spectre) :

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La résolution spectrale demeure constante dans le domaine spectral couvert (je ne dispose de raies visibles en dessous de 3500 A)... c'est la magie d'un spectrographe parfaitement achromatique !

Christian

PS1 : Olivier, le module de guidage est parfait pour cette application, l'image est extrêmement fine et stable.

PS2 : Etienne, j'ai ici employé la ASI183MM en pseudo-binning 2x2, ce qui fait des pixels de 4,8 microns. J'ai dans cette situation un échantillonnage de 2,5 pixels par FWHM. Avec une fente 23 microns on réduit la résolution de 30%, mais on est au moins deux fois plus lumineux, et on devient correct avec des pixels de 6 microns coté échantillonnage. Cependant, en l'état UVEX est conçut pour des caméras à petit tirage détecteur, ce qu'offre les caméras CMOS ZWO (dont le principal défaut ce révèle être l'électroluminescence), pas les Atik, par exemple.
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Re: UVEX spectrograph (version 2)

Postby Olivier GARDE » Wed Aug 08, 2018 6:02 am

Et au niveau étalonnage spectral, je n'ai pas vu de module de calibration sur ton setup, utilises tu une source extérieur ? Et as tu suffisamment de raies dans l'extrême bleu du spectre ?
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Re: UVEX spectrograph (version 2)

Postby Christian Buil » Wed Aug 08, 2018 8:52 am

Olivier, comme je dit dans le texte, je me sert d'une lampe fluo d'écran d'éclairage domestique pour caler la loi d'étalonnage (dans l'UV) que je met devant le télescope (un balayage d'une seconde suffit, sinon saturation). Au préalable je trouve la loi d'étalonnage sur une étoile comme Vega en utisiant les raies de Balmer. La dispersion de ce spectro est simple a établir et propre, un polynôme de degré 2 suffit pour l'étalonnage à 0,2A près sur tout le spectre observé.

Bien sur il serait possible d'utiliser un module d'étalonnage, mais ce n'est pas ici l'essentiel pour les tests.

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Re: UVEX spectrograph (version 2)

Postby Michel Verlinden » Wed Aug 08, 2018 11:23 am

Bonjour Christian,
Tu nous montres des spectres très denses en raies ! Super nouvelle aussi concernant la possibilité de changer le réseau. Jusqu'où penses-tu pouvoir monter ?
As-tu testé le changement de domaine spectral pour vérifier la bonne tenue de la focalisation du spectro ?
Quel rapport F/D convient à l'entrée de l'UVEX 2 ?
Merci du partage des connaissances et des manip !
Michel
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Re: UVEX spectrograph (version 2)

Postby Christian Buil » Thu Aug 09, 2018 11:08 pm

Michel, des questions importantes.

Le passage d'un réseau de 300 à 600 traits/mm se passe pas trop mal, mais en revanche un 1200 traits, pour atteindre un pouvoir de résolution de l'ordre de 3000 typiquement, cela ne va pas (il faut changer le positionnement d'autres éléments). Donc impossible en l'état.

Le changement de domaine en tournant le réseau ne demande pas au premier ordre de modification de la focalisation, mais en fait il y a une double focalisation nécessaire : (1) celle du spectre pour que les raies soient bien fines, comme on le fait avec tout spectro, (2) la focalisation de la lentille cylindrique pour minimiser l'astigmatisme naturel du montage (rendre la trace la plus étroite possible). Ce dernier point rend le réglage délicat et peut poser un problème résiduel de focalisation, mais je n'ai pas trop eu de difficultés car j'ai travaillé avec un télescope relativement fermé, c'est ta dernière question...

UVEX est calculé pour un faisceau d'entrée aussi ouvert que f/5, mais pour tous ces tests, j'ai été prudent, et j'ai travaillé à f/8. Cela facilité l'obtention de spectre bien résolu et rend les erreurs de réglage plus tolérables. J'aurais l'occasion je pense de faire des observations à f/5 sur Newton (déjà pratiqué avec la première version), mais mon petit doigt me dit qu'une fente de 23 microns sur un télescope F/8-f/10 type Cassegrain, Mak. RC, pas plus gros que 300 mm, cela ne doit pas être loin de l'optimum en fait (AC).

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Re: UVEX spectrograph (version 2)

Postby Christian Buil » Sat Aug 11, 2018 1:11 pm

Une nouvelle session, cette fois en utilisant une fente de 23 microns, plus réaliste pour obtenir du flux. J'ai conservé le réseau de 600 traits/mm. Le pouvoir de résolution tombe à présent à R=1200 (au lieu de R=1800 avec une fente de 14 microns). J'ai fait ma séquence habituelle d'étoiles tests, dont Vega :

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J'ai calé l'orientation du réseau pour saisir le domaine spectral allant de Hbeta à la limite de Balmer. Cela me parait astrophysiquement intéressent. C'est je crois aussi le meilleur compromis (avec le réseau 600 t/mm) entre résolution/domaine spectral/luminosité. J'aurai bien tendance à adopter cette configuration pour mes travaux, la partie rouge étant couverte par bien d'autres spectrographes.

Il faut cependant remarquer que j'ai ici utilisé un RC10 f/8 (c'est le f/8 qui compte). C'est clairement pour moi le bon couple spectro/telescope (comme on sait, il y a un fort couplage entre les deux). Un test sur un Newton 250 mm f/4 c'est révélé décevant avec UVEX2 dans la présente configuration : trop forte dégradation de la résolution spectrale et 20% de vignettage. On ferait mieux sur un f/5, mais c'est moins polyvalent qu'avec un f/8 (à cause de la perte de résolution, évaluée à R=700 pour le moment à f/5 et fente 23 microns).

L'étoile beta Cyg, qui bouge toute le temps (!) :

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La symbiotique CI Cyg (noter la confirmation de la détection de la raie d'émission fortement ionisée du [Fe VII] à 3586 A, résultant de l'illumination de l'atmosphère de la composant géante rouge par le rayonnement de la composante chaude du couple) :

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ou encore Z And (le décrochement à 3680 A environ entre le continuum plat nébulaire et le continuum de l'étoile géante rouge est bien visible) :

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Cette nuit aussi, un des tout premier spectre (le premier dans le proche UV) d'une belle symbiotique juste découverte (voir le fil http://www.spectro-aras.com/forum/viewtopic.php?f=39&t=2094) - noter une certaine similitude avec Z And, mais aussi des différences :

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