Groupe international d astrophysique Hands-On-Universe 1

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1 Groupe international d astrophysique Hands-On-Universe 1 Contact : Suzanne FAYE, professeur de Physique en PC* au lycée Chaptal, Paris mfaye@club-internet.fr Bételgeuse, géante rouge Constellation d Orion A EMISSION, ABSORPTION, DISPERSION. 1 Décomposer la lumière = «étaler» le spectre = dispersion Pour analyser la lumière qui vient d une étoile, on utilise un système dispersif appelé spectroscope, c est-à-dire un dispositif, à prisme ou à réseau, qui «étale» la lumière en fonction de la longueur d onde. 2 Emission Absorption - Les étoiles émettent une lumière qui donne, si on la décompose avec un spectroscope, un spectre continu de lumière, à la manière d un arc-en-ciel; la photosphère des étoiles contient des atomes qui absorbent certaines longueurs d onde (raies sombres): à chaque atome, son spectre de raie = sa signature quantique. Une cellule CCD n enregistre pas les couleurs, mais les énergies, qui apparaissent sur l écran en niveaux de gris. Spectre de l étoile Bételgeuse- Observatoire de Haute-Provence : Un logiciel de traitement d images peut ensuite modifier les niveaux de gris ou donner de fausses couleurs, et tracer la courbe des énergies en fonction du numéro de pixel 2. 1 Pour en savoir plus sur le groupe Hands-On-Universe, voir Annexe 2 ; on peut aussi chercher H.O.U. sur Internet et pour la partie européenne, chercher EU-HOU. Logiciel gratuit sur le Net : Salsa J 1

2 B - TRAITEMENT D IMAGES SALSA J 1 - Dans le logiciel de traitement d images, vous disposez de barres de taches ; vous allez d abord ouvrir une image Salsa J peut ouvrir de nombreux formats( fts, jpeg et effectuer les conversions entre formats) Images au format fts des astronomes Image au format jpeg de photo numérique grand public, ou obtenu avec un scanner de photo papier 2 Les fichiers du débutant Fichier Image Opérations Analyse Ouvrir Couleurs Fenêtre de mesures Rotation Photométrie Ouvrir une image pour obtenir les autres fonctionnalités Palette de couleurs Montrer la palette Coupe L image ouverte avec le logiciel Salsa J peut apparaître renversée en noir et blanc. - Dans «Opérations», «Rotation», choisir «symétrie verticale»: votre chat a de nouveau la tête «haute»! - Dans «Palette de couleurs», remplacer «Noir & Blanc» par «Feu», voici les chats en fausses couleurs; «montrer la palette» permet d afficher la correspondance entre fausse couleur et intensité. - Si vous agrandissez suffisamment une zone de l image, vous verrez apparaître des carrés, les pixels. Pour cela, prenez l outil «loupe» et cliquez, au besoin plusieurs fois, sur la zone que vous voulez agrandir. 2 Pixel : Picture Element, «godet» ; les pixels, disposés en damier, constituent la cellule CCD Coupled Charge Device. 2

3 Trait à tracer pour préparer une coupe A utiliser quand vous avez demandé Analyse/Photométrie 3

4 C SPECTROSCOPIE 1 - Outil «Coupe» Barre de taches, cliquez sur la case Tirez un trait à travers les oreilles du chat. Dans «Analyse», choisissez «Coupe» ; Apparaît alors sur l écran une coupe en intensité le long du trait que vous aviez tracé. Sinon, modifier dans options les échelles d ordonnées notamment. La coupe à travers les oreilles du chat montre deux pics de la lumière renvoyée par les oreilles du chat. On peut dire que l on a réalisé le spectre d émission de la lumière par les oreilles du chat. J Plus fort qu une coupe de coiffeur! Et sans se faire tirer la moustache! «Spectre» obtenu par «Coupe» le long des oreilles du chat Dans ce «spectre», l abscisse est un numéro de pixels, représentant la position du pixel ; l ordonnée est une intensité (Cf palette de couleurs). 4

5 SPECTROSCOPIE suite 2 - PHOTOMETRIE Dans «Analyse», choisir «Fenêtre de mesure», puis «Photométrie». Cliquer ensuite sur le symbole ; cliquer enfin sur un œil du chat Et vous obtenez les informations suivantes : Intensité (ici 1728, 72) sur le pixel d abscisse numéro x (ici 350) et d ordonnée numéro y (ici 792). Quelques commandes : T as de beaux yeux, tu sais. Mon œil! J Penser à arrêter la photométrie dans «Analyse / Arrêter la photométrie». Variante Relever point par point les valeurs abscisse, ordonnée, (en pixels) et l intensité 5

6 Spectre d une étoile Prenons de même une image de spectre d étoile, montrant l intensité en fonction de la longueur d onde. Chaque pixel analyse une longueur d onde différente. L exemple ci-dessous étudie l étoile Bételgeuse d Orion. Zone correspondant au pic principal d absorption, zone à agrandir Ici, les atomes de la photosphère absorbe certaines longueurs d onde du spectre continu émis par l étoile ; d où pics d absorption. Nous allons agrandir la zone du double pic d absorption pour en faire une coupe point par point; pour cela, utiliser la loupe de la barre de tâches, cliquer sur la zone du double pic, puis tracer la droite de coupe y=constante; relever les intensités I de chaque pixel le long de la ligne x=[xmin, xmax]. Tracer la courbe I (x). 6

7 AGRANDISSEMENT ET COUPE DANS LA ZONE DU DOUBLE PIC PRINCIPAL D ABSORPTION Exemple de tableau numéro de pixel/ intensité :

8 TRACE DE LA COURBE INTENSITE EN FONCTION DE X, AVEC REGRESSI Les photos utilisées dans l exercice (Chats et spectre de Bételgeuse) sont fournies directement au format FITS 3 des astronomes. VOUS POUVEZ AUSSI FAIRE VOS PROPRES PHOTOS (Personnages, observations d astronomie ) ; si vous utilisez un appareil photo numérique grand public, vos photos sont au format JPEG 4 le plus souvent. Pour passer du format JPEG au format FITS, et utiliser ainsi vos photos avec le traitement d images proposé ici, vous pouvez convertir vos images d un format à l autre. LA PARTIE EUROPEENNE DU GROUPE HANDS-ON-UNIVERSE unit plusieurs pays pour mettre au point un logiciel de traitement d images multi-langues (allemand, anglais, français, italien, ) ; cette version, nommée Salsa J, est disponible gratuitement sur Internet, et augmentée progressivement de «beaux» exercices destinés aux élèves et étudiants européens. Elle permet de réaliser les exemples proposés ci-dessus ainsi que la conversion JPEG-FITS. VOUS TROUVEREZ SUR LA VERSION SALSA J des tracés automatisés de spectres ; appliqués à des systèmes binaires : 2 étoiles / une étoile, un corps sombre / une étoile, une exoplanète/ une étoile, un trou noir l étude des spectres permet d observer des variations par effet Doppler notamment ; c est ainsi qu ont été détectées la plupart des exoplanètes. Suite possible: voir exercice effet Doppler. 3 FITS = Flexible Image Transfert System, format standard en astronomie (adapté à l ensemble [tables de données + images] 4 JPEG = Joint Photographic Experts Group, comité regroupant depuis 1986 des professionnels de l industrie de l image. Point fort : taux de compression réglable 8

9 ANNEXE 1 : Mon chat a aussi visité le radiotélescope de Nançay (Sologne) Analyse par effet Doppler des signaux radio provenant d une galaxie : Vitesse ( km/s) TE M PE R A T U R E D A N TE Température d antenne 1665 MHz 1667 MHz Vitesse (km/s) Les 2 «oreilles de chat» du diagramme des vitesses correspondent aux pics d émission radio dans les bras spiraux, qui tournent à 5 km/s autour du centre de la galaxie ; soit + 5 km/s d éloignement à droite et 5 km/s de rapprochement à gauche. 9

10 Annexe 2: HOU (Hands-On-Universe); F-HOU (France-HOU); EU-HOU (Europe-HOU) Un groupe international recherche-enseignement France : F-HOU Président : Roger FERLET Institut d Astrophysique de Paris Congrès annuels 2004 : Saint-Pétersbourg, Russie 2005 : Pékin, Chine 7-10 août 2006: Observatoire de Haute-Provence, France 10