Pourquoi pas observer les toiles variables Pierre de

Pourquoi pas observer les étoiles variables ? Pierre de Ponthière www. dppobservatory. net 2006/03/09

Structure de l’exposé • Environnement des Variables – – – Définitions But de l’ observation des Variables Historique Organisation en réseau Est-ce à ma portée? Associations • Variables Zoo stellaire • Observation visuelle • Observation CCD

Définitions • Variables étoiles dont la luminosité / brillance varie en fonction du temps. • Cycles de 1 h 20 m à 1 000 jours • Observation de variables photométrie stellaire en fonction du temps = Light Curve

Historique • • • Supernovae SN 185, SN 1054, SN 1572 Mira 1596 Algol 1669 En 1786, 12 Variables découvertes Suite à ces découvertes utilisation du télégraphe, comme moyen de communication rapide pour ces étoiles étranges. . .

Observations en réseau • Amateurs forment des réseaux d'observateurs – AAVSO depuis 1911 – CBA • avec aide et conseils fournis par des PROFESSIONNELS!!! • Vous n’êtes pas isolés. • Tamtam = Internet communication en quasi temps réel: Variables capricieuses et souvent imprévisibles

Moyens de mesures • Mesures visuelles, simples jumelles / lunette / télescope. acquérir l’expérience pour identifier la Variable et apprécier la magnitude. • Mesures CCD, équipement plus complexe et temps d’apprentissage plus long. • En fonction de l’équipement – programme différent: – variables différentes – ou à des temps différents

Les Variables à ma portée? • Les Variables n’exigent pas nécessairement des investissements importants • Il faut choisir son programme en fonction de ses possibilités. Il y en a pour tout le monde • Vous pouvez comparer vos mesures aux autres via Internet stimulation. • Vous êtes incités à comprendre les mécanismes des étoiles variables, progression de vos connaissances, … The Sky is the limit.

Pourquoi observer les Variables? Deuxième réponse: Pourquoi ne pas être utile? …c’est seulement par l’observation des étoiles variables que l’amateur peut diriger son modeste équipement vers une utilisation pratique, et plus loin, dans une large mesure, vers la poursuite de la connaissance dans son application à la plus noble des sciences. —William Tyler Olcott, 1911 Fondateur du AAVSO.

Associations • AFOEV Association Française des Observateurs des Etoiles Variables http: //cdsweb. u-strasbg. fr/afoev/ • VVS Vereniging Voor Sterrenkunde, Werkgroep Veranderlijke Sterren.

AAVSO American Association of Variable Star Observers • Réseau mondial www. aavso. org • 1200 membres, il n'est pas obligatoire d'être membre pour soumettre ses observations. • de 1911 à 2004 12 000 d'observations • rythme croissant 930 000 observations / an • Belgique au 3ème rang après USA et Canada 82 000 observations/an, 21 observateurs, surtout en Flandre

AAVSO (suite) • Support d'une équipe d'environ 15 personnes dont un astronome professionnel spécialiste des techniques photométriques. • Base de données pour les résultats de mesures • Conseils à tous niveaux : débutants à chevronnés • Manuel pour l’observation visuelle des étoiles variables available in French, Spanish and Turkish. • Orientation de vos observations pour quelles soient utiles, campagnes organisées, "Alert Notices", etc… • Site Internet complet: cartes, groupes discussions, . . • Libre choix de vos Variables

CBA Center for Backyard Astrophysics – Réseau mondial spécialisé : étoiles variables cataclysmiques, mesures CCD uniquement. – 50 membres (3 en Belgique) – Dirigé également par un professionnel – Programme suggéré chaque mois et Alert Notices pour les événements imprévisibles – Magnitudes 13 à 17 ouverture 20 cm minimum

Les Variables = un zoo stellaire

Les Variables = un zoo stellaire • 30 000 connues, 14 000 suspectées • Toute étoile sera un jour variable. . . • Les grandes classes – – pulsating variables cataclysmic variables eclipsing binary stars rotating stars

Les Variables = un zoo stellaire (suite) Pulsating stars – expansion et compression • Cepheids – périodes 1 à 70 jours – variation de magnitude 0. 1 à 2 – relation période – luminosité étalon distance del Cep (Cepheus)

Les Variables = un zoo stellaire (suite) Pulsating stars – expansion et compression • Type RR Lyrae – géantes blanches – périodes 0. 05 à 1. 2 jours – variation de magnitude 0. 3 à 2

Les Variables = un zoo stellaire (suite) Pulsating stars – expansion et compression • Type RV Tauri – super géantes jaunes – périodes 30 à 150 jours – variation de magnitude jusqu’à 3

Les Variables = un zoo stellaire (suite) Pulsating stars – expansion et compression • LPV Long Period Variables – – géantes rouges dont les Mira, semi-régulières et irrégulières périodes 80 à 1000 jours variation de magnitude jusqu’à 2. 5 Mira (Omicron Ceti)

Les Variables = un zoo stellaire (suite) • Cataclysmiques – – Supernova, delta magnitude 20!! Nova, binaires, outbursts de 7 à 16 magnitude Dwarf nova, binaires, plusieurs sous classes etc. .

Exemple de cataclysmique • Mécanisme d’une dwarf nova – type SU Uma • système binaire très rapproché - apparence ponctuelle y. c. pour Hubble • naine blanche massive hot spot • naine rouge gazeuse, forme de poire • disque d’accrétion • période 100 minutes • transfert de matière: 10 000 millions T/sec 1013 kg/sec (masse solaire 2 1030 kg, solar burning rate 5 1011 kg/sec) • outbursts L 1

Exemple de cataclysmique IY Uma (type SU Uma) à éclipse 0. 52 - 0. 5 d = 28. 8 min JD 2453333 = 2004/11/23 Superhump Eclipse

Une autre cataclysmique GSC 1874: 399 Auriga découverte comme variable en 2004. Chaque couleur correspond à différents jours d’observation de 7 nuits faite pour Prof. J. Robertson (Univ. Arkansas) Variable de type: Semi-détachée à éclipse Période 6 h 1 m 12 s ± 4 s déterminée avec correction héliocentrique Dates 2005/12/01 à 2006/01/24

Comment observer visuellement

Comment observer visuellement • Planning des observations – Liste des étoiles faciles pour débuter – Fréquence des observations est fonction du type d'étoile, • toutes les semaines • tous les jours • toutes les 10 minutes – Liste des étoiles en manque d'observation

Observer visuellement • Equipement – Jumelles, lunette ou télescope – Chercheur – Oculaires, champ suffisant pour localiser la Variable et les étoiles de comparaison. Pour les étoiles variables faibles un plus grossissement est nécessaire. – Monture équatoriale de préférence (rotation du champ en Alt-Az où est le Nord? ) – Atlas et cartes disponibles sur le site AAVSO

Retrouver la Variable - Star hopping • Observation – Trouver le champ de la Variable – Star hopping avec ou sans Télescope équipé d'un Go. To

Mesure de la Variable • Observation – Identifier la Variable et les étoiles de comparaison – Estimer la magnitude par interpolation au début ce n'est pas évident (plus de 20 minutes la première fois…) – Fainter than mesure utile!!!! – Précision obtenue de l'ordre de 0. 3 à 0. 1 mag

Exercice d’estimation de magnitude Mag 5. 2 Mag 7. 1 Mag 6. 1 Mag 8. 9 Mag 6. 5 Fainter than 9. 0 utile!!

Rapport d’observation • Enregistrer les résultats – – – Nom de la Variable Date et Heure de l'observation Magnitude de la Variable Magnitudes étoiles de comparaison Identification de la carte utilisée Notez les conditions qui peuvent affecter la mesure (nuages, brouillard, Lune, . . ) • Envoyer son rapport de mesure – par Internet (encore toujours possible aussi par fax et par courrier postal)

Rapport d’observation

Rapport d’observation

Observer avec une CCD

Avantage des CCD • Meilleure précision 0. 02 mag à 0. 001 mag • Etoiles plus faibles accessibles donc plus nombreuses • Automatisation possible et nécessaire pour les « timeseries » (observation continue de la même Variable durant plusieurs heures)

Inconvénients des CCD • Prend beaucoup de temps • Plus compliqué, temps d'apprentissage plus important • Nombreux paramètres à maîtriser – échantillonnage spatial, temps de pose, focalisation, linéarité du détecteur, FWHM, SNR, etc. . . • • • Beaucoup de rigueur, volume important de données Plus coûteux Connaissance informatique nécessaire Visuel et CCD sont complémentaires Expérience du visuel souhaitable pour aborder la CCD.

Equipement pour la CCD • Lunette ou télescope, Chercheur. • Monture équatoriale indispensable (rotation du champ). • Caméra CCD monochrome – de préférence « non Anti Blooming Gate » (linéarité) – de préférence refroidie et avec régulation de température – compatibilité avec logiciels • Filtre V (pour photométrie) – minimum filtre V, les caméras réponses fréquentielles différentes. Indispensable pour mesures cohérentes. • Logiciel(s) – contrôle de la caméra, télescope, (focuser, dome, . . . ) – photométrie, (astrométrie). • Utiles – Réducteur de focale – élargissement du champ – Pilier fixe, abri à toit coulissant, coupole – Carte informatisée du ciel, GSC, USNOA 2 (300 000 d'étoiles)

Opérations avec CCD • Calibrage de la caméra : – bias – darks à la température utilisée – flats pour le filtre utilisé et après chaque montage du filtre • Trouver le champ de la variable (visuel plus simple). – Image CCD + programme astrométrie localisation plus facile et centrage pouvant être automatisé • Prise des clichés – de quelques clichés successifs, si une mesure suffit – à plusieurs centaines « time-series » des cataclysmiques • Calibrage des images, bias, darks et flats, généralement automatisé (maîtrise du processus) – pas de techniques d’amélioration de la qualité visuelle de l’image!! • Éventuellement empilement d’images SNR

Photométrie de l’image CCD Par comparaison avec les étoiles voisines comme pour le visuel. Le choix des diamètres des cercles de mesure est complexe.

Photométrie de l’image CCD BG CMi - Polaire Intermédiaire (IP – DQ Her) 7 heures d’observation 19 h à 2 h UT Périodes: 2. 95 h (éclipse? ) et 15. 2 min (spin? )

Analyse des résultats • Evaluation de la déviation standard de la mesure avec Excel (quantifier les limites des erreurs de mesure) • Calcul de l’ « Airmass » , critique des résultats • Analyse des résultats – analyse de type Fourier de la courbe de lumière (light curve) – période de la Variable, évolution de la période à long terme Correction héliocentrique

Rapport envoyé par email – rapport type envoyé au CBA ---------------------------PHOTOMETRIC CCD OBSERVATIONS OF Var Cam 06 ---------------------------Observer : Pierre de Ponthiere, CBA Lesve, Belgium Internet: pierredeponthiere@gmail. com http: www. dppobservatory. net Instruments: 0. 2 -m f/10 SCT LX 200 GPS Meade, f/6. 78 with Alan Gee focal reducer, ST-7 XMEI SBIG CCD Differential magnitudes ---------------------------Observations for December 22 th 2006 ; JD 092. 238 to 092. 485 Unfiltered exposures Exposure duration : 150 sec (stack of 5 exposure of 30 sec) Obj 1 Var Cam 06 Ref 1 GSC 4344: 1160 12. 9 mag Chk 1 USNO 14. 69 mag stdev = 0. 015 T (JD) 2454092. 2377 2454092. 2400 2454092. 2422 2454092. 2443 2454092. 2464 2454092. 2486 2454092. 2507 2454092. 2529 2454092. 2550 2454092. 2572 Obj 1 15. 714 15. 638 15. 611 15. 728 15. 655 15. 689 15. 687 15. 661 15. 634 15. 646 Ref 1 12. 900 12. 900 Chk 1 14. 979 14. 957 14. 995 14. 997 15. 003 15. 006 14. 997 15. 007 14. 997

Et ensuite. . . • Mesures avec différents filtres • B, V, R, I • Mesure des coefficients de Transformation calibrage des filtres • Application des coefficients de Transformation • All Sky Photometry mesures différentielles limitées au champ de la CCD All Sky Photometry sur plusieurs champs différents • nécessaire pour établir des « séquences calibrées » • ciel parfait dit « photométrique » • phénomène d’ extinction (Airmass = épaisseur de l’atmosphère est variable) corrections • limite entre amateur et professionnels • Spectrographie probablement disponible dans le futur pour les amateurs (à coût très élevé)

Liens importants – AAVSO American Association of Variable Star Observers site complet (base de données des « light curves » , cartes, conseils, groupes de discussion, etc. . . ). A mon avis le meilleur site! www. aavso. org Manuel pour l’observation visuelle des étoiles variables http: //www. aavso. org/publications/manual/ CCD Observing Manual http: //www. aavso. org/observing/programs/ccd/manual/ – CVnet Cataclysmic Variable network Site donnant les dernières informations sur les CV, interviews de professionnels, bonne introduction aux CV. Compilation des données fournies au AAVSO. http: //home. mindspring. com/~mikesimonsen/cvnet/index. html – CBA Center for Backyard Astrophysics site spécialisé pour les Cataclysmiques, reprend entre autres le programme suggéré pour le mois avenir, groupe de discussion, alert notice par email. http: //cba. phys. columbia. edu/

Littérature – An Introduction to Astronomical Photometry Using CCDs by W. Romanishin Universitiy of Oklahoma Livre de 175 pages reprenant un cours universitaire de niveau accessible sans trop de mathématiques, agréable à lire. http: //observatory. ou. edu/wrccd 22 oct 06. pdf – Cataclysmic Variable Stars – How and why they vary by Coel Hellier – Springer – Praxis 2001 Le seul ouvrage à ma connaissance donnant une description détaillée et compréhensible par les amateurs. Disponible chez Amazon. com

Observer les Variables? Oui bien sûr, c’est passionnant et utile Visuel et CCD complémentaires. Citation du AASVO: Practice, practice. And don't forget to enjoy yourself. Merci pour votre attention.

THE END