Astronomia i Astrofsica

1
Astronomia i Astrofísica
Introducció
3. Astronomia Òptica
2
3. Astronomia Òptica
3.1 Limitacions Observacionals

• Finestres Observacionals

3
3. Astronomia Òptica
3.1 Limitacions Observacionals

• Absorció o Extinció Interestellar
• Grans de pols absorben UV i visible i
  re-emiteixen IR
• Llei dextinció A? a ?-1 (ex. Cardelli et
  al 1989, AJ, 98,324)
• Excés de color E(B-V) AB AV ( RV
  AV / E(B-V))
• Extinció atmosfèrica
• m - mo k sec z
• Seeing (FWHM 2.355 s)
• Refracció
• refracció diferencial (ex. Filippenko 1982,
  PASP, 94, 715)

4
3. Astronomia Òptica
3.2 Òptica bàsica a lastronomia

• Telescopi instrument òptic per a observar
  objectes molt llunyans
• Tipus refractors i reflectors
• Traçat de raigs
• Conceptes bàsics
• Diàmetre dapertura D
• Distància focal f
• Relació dapertura (o focal) F D/f
  f/n on n f/D
• Telescopi ràpid si n es petit i lent si n
  es gran
• Camp de visió i vinyeteig

5
3. Astronomia Òptica
3.2 Òptica bàsica a lastronomia

• Conceptes bàsics
• Escala de placa dona la relació entre
  distàncies angulars al
• cel i distàncies físiques al plànol focal
  (o detector)
• Poder de resolució
• Límit de difracció Disc dAiry a 1.22 ?/D
• Criteri de Rayleigh 2 punts separats es poden
  resoldre si el
• màxim dun coincideix amb el mínim de
  laltre
• Telescopi limitat per difracció si el disc
  dAiry es més gran
• que el seeing

6
3. Astronomia Òptica
3.3 Telescopis (elements)

• Estructures part que manté units els sistemes
  de recollida òptics i on sacoplen els sistemes
  de detecció

• Tubular refractors i càmara schmidt
• evita la llum paràsita, però es pesada
• Serrurier formada per tubs, barres i anells
• lleugera i compensa dilatacions, però llum
  paràsita (diafragmes)

7
3. Astronomia Òptica
3.3 Telescopis (elements)

• Montures sistema mecànic que sosté lestructura
  per poder permetre el seguiment dels objectes
  

• Altazimutals dos eixos A i a
• avantatges fàcil diseny, pes ben repartit
  sobre eixos, cúpules
• petites
• desavantatges necesita un altre eix per
  seguir el cel
• Equatorials dos eixos a i d
• avantatges seguiment amb un sol eix
• desavantatges pes malament distribuit

8
3. Astronomia Òptica
3.3 Telescopis (elements)

• Aberracions

• Cromàtica
• Esfèrica miralls esfèrics, corregir mirall
  paraboloid
• Coma mirall paraboloid
• Astigmatisme
• Distorsions barril, cotilla

9
3. Astronomia Òptica
3.3 Telescopis (elements)

• Focus

• Primari
• Newton
• Cassegrain
• Nasmyth
• Coudé

10
3. Astronomia Òptica
3.3 Telescopis (elements)

• Sistemes

• Primari sistemes ràpids amb poques pèrdues
• qualitat dimatge dolenta lents
  correctores
• Cassegrain primari parabòlic, secundari
  hiperbòlic
• aberració esfèrica i coma
• Modificacions Primari esfèric primari
  esfèric, secundari hiperbòlic
• Dall-Kirham
  primari elíptic, secundari esfèric
• Ritchey-
  Chretien primari hiperbòlic, secundari
  hiperbòlic
• Gregory
  primari parabòlic, secundari elíptic

11
3. Astronomia Òptica
3.3 Telescopis (elements)

• Sistemes

• Càmara Schmidt sistema catadiòptric (lents i
  miralls)
• Gran camp de visió
• Càmara Maksutov sistema catadiòptric (lents i
  miralls)

• Òptica activa
• Òptica adaptativa

12
3. Astronomia Òptica
3.4 Telescopis més potents en funcionament

• Keck I i II http//www2.keck.hawaii.edu/
  

• Mauna Kea, Hawaii, 4200m
• 10m, mirall segmentat
• Instrumentació DEIMOS, ESI, HIRES, LRIS, NIRC,
  NIRSPEC
• Caltech, UC

13
(No Transcript)
14
(No Transcript)
15
(No Transcript)
16
3. Astronomia Òptica
3.4 Telescopis més potents en funcionament

• VLT (Very Large Telescope) http//www.eso.org/
  

• Cerro Paranal, Chile, 2600m
• 4 telescopis de 8.2m
• Instrumentació FORS, ISAAC, UVES, VIMOS, NACO
• European Southern Observatory

17
(No Transcript)
18
(No Transcript)
19
3. Astronomia Òptica
3.4 Telescopis més potents en funcionament

• GeminiN - GeminiS http//www.gemini.edu/
  

• Mauna Kea, Hawaii, 4200m i Cerro Pachón, Chile,
  2700m
• 2 telescopis de 8.1m
• Instrumentació GMOS, NIRI, NIFS, Michelle,
  bHROS, Phoenix, GNIRS, NICI, T-ReCS
• USA, UK, Canada, Chile, Australia, Argentina,
  Brasil

20
(No Transcript)
21
(No Transcript)
22
(No Transcript)
23
(No Transcript)
24
3. Astronomia Òptica
3.4 Telescopis més potents en funcionament

• Subaru http//subarutelescope.org/

• Mauna Kea, Hawaii, 4200m
• 8.2m
• Instrumentació CIAO, COMICS, FOCAS, HDS, IRCS,
  OHS, Suprime-Cam
• Japó

25
(No Transcript)
26
(No Transcript)
27
(No Transcript)
28
(No Transcript)
29
3. Astronomia Òptica
3.4 Telescopis més potents en funcionament

• Magellan http//www.lco.cl/lco/magellan/
  

• Las Campanas, Chile, 2300m
• 2 telescopis 6.5m
• Instrumentació MagIC, LDSS-2, IMACS, MIKE,
  PANIC
• Carnegie, Arizona, Harvard, Michigan, MIT

30
(No Transcript)
31
(No Transcript)
32
(No Transcript)
33
(No Transcript)
34
3. Astronomia Òptica
3.5 Instrumentació Astronòmica

• Instruments imatge i espectroscopia
• Elements

• Estructura
• Òptica
• Mecànica
• Detectors
• Electrònica

35
3. Astronomia Òptica
3.6 Instrumentació Astronòmica Detectors

• Característiques ideals 100 QE, resposta
  uniforme perfecta, sense soroll i rang dinàmic
  ilimitat
• Històricament plaques fotogràfiques i
  fotomultiplicadors
• CCD Charged-Couple Device (http//zebu.oregon.ed
  u/ccd.html)

• CCD es un xip semiconductor amb una cara
  sensible a la llum
• Subdividit en píxels (tamany de decenes de
  micres)
• Funcionament fotons incidents generen una
  petita descàrrega elèctrica que sacumula per a
  una lectura final. La càrrega generada es
  proporcional al número de fotons incidents.
• Electrònica converteix la càrrega en números
  (ADU analogue data units)

36
(No Transcript)
37
3. Astronomia Òptica
3.6 Instrumentació Astronòmica Detectors

• CCD Charged-Couple Device (http//zebu.oregon.ed
  u/ccd.html)

• Electrònica
• bias corrent de funcionament
• dark corrent tèrmica generada
• guany conversió ADU electrons
• soroll de lectura variació del número de e-
  llegits

38
3. Astronomia Òptica
3.6 Instrumentació Astronòmica Detectors

• CCD Charged-Couple Device (http//zebu.oregon.ed
  u/ccd.html)

• Avantatges
• Alta eficiència quàntica
• Ample abast dinàmic
• quasi-linearitat
• bona resposta en el roig/NIR
• Desavantatges
• tamany mosaics
• resposta dolenta en el blau/UV

39
3. Astronomia Òptica
3.6 Instrumentació Astronòmica Detectors

• CCD Charged-Couple Device (http//zebu.oregon.ed
  u/ccd.html)

• Efectes instrumentals
• Píxels dolents
• No linearitat
• Corrent de dark (tèrmica)
• Sensibilitat dels píxels (flat-fielding)
• Franjes
• Raigs còsmics
• Soroll de conteig de fotons

40
3. Astronomia Òptica
3.6 Instrumentació Astronòmica Detectors

• Detectors en el infraroig proper (HgCdTe, InSb)

41
(No Transcript)
42
3. Astronomia Òptica
3.7 Tècniques Observacionals Fotometria

• Integrar lenergia rebuda en bandes amples
• Sistema telescopi instrument (òptica, roda
  filtres i detector)
• sistemes de filtres (eg, Fukugita et al, 1995,
  PASP, 107, 945)
• Johnson (Kron-Cousins) UBVRI
• SDSS ugriz
• infraroig proper JHK
• Sistemes fotomètrics
• Vega estrella Vega m0

43
(No Transcript)
44
(No Transcript)
45
3. Astronomia Òptica
3.7 Tècniques Observacionals Fotometria

• Sistemes fotomètrics
• Vega estrella Vega m0 en tots els filtres
• m -2.5 log ?? f? R? d? 2.5 log ?? f?
  (Vega) R? d?
• AB espectre f? cte color0 mateixa m
  en tots els filtres
• m -2.5 log ?? f? R? d? 48.6

46
(No Transcript)
47
3. Astronomia Òptica
3.7 Tècniques Observacionals Fotometria

• Calibració fotomètrica
• Absoluta difícil coneixer la resposta del
  sistema
• m -2.5 log ( At ?? F? q? a? d?)
• Diferencial observant estrelles de calibració
  per resoldre
• el punt zero (Z) i el coeficient
  dextinció atmosfèrica
• m -2.5 log ?? F? d? C -2.5 log ??
  (e-/t) d? Z
• m mo k sec z
• mo -2.5 log ?? (e-/t) d? Z k sec z

48
VLT FORS1
49
(No Transcript)
50
3. Astronomia Òptica
3.8 Tècniques Observacionals Espectroscopia

• Dispersar lenergia rebuda en longitud dona
• Sistema telescopi instrument (reixa,
  collimador, element dispersor, càmera i
  detector)
• Elements dispersors

• Prismes d?/d? t/a dn/d? 1/?3
• Gratings (xarxes de difracció)
• m? a (sin a sin ß)
• dß/d? m / a cos ß

51
(No Transcript)
52
3. Astronomia Òptica
3.8 Tècniques Observacionals Espectroscopia

• Paràmetres despectrògrafs

• Dispersió (dispersió lineal) d?/dx (Å/pix)
  (Å/mm)
• d?/dx 1/f d?/dx 1/(f d?/d?)
• Resolució R ?/??

53
(No Transcript)
54
(No Transcript)
55
3. Astronomia Òptica
3.9 Observacions

• Obtenir les imatges i/o espectres dels objectes
  que se vol estudiar el temps dintegració
  necessari per obtenir la senyal adequada
• Obtenir totes les calibracions necessaries per
  poder eliminar tots els defectes dels
  instruments utilitzats (detectors)
• Obtenir les dades necessaries per calibrar les
  imatges i/o espectres

56
3. Astronomia Òptica
3.9 Observacions

• Dades necessaries

• imatges de bias
• imatges de darks
• flat-fields (cúpula i/o crepuscle)
• imatges darcs (per a espectroscopia)
• número dimatges adequat (dithering minimitzar
  problemes per diferent resposta pixel-to-pixel i
  raigs còsmics)

57
3. Astronomia Òptica
3.9 Observacions

• Relació senyal/soroll (S/N)
• F flux (ADU/s)
• S fons de cel (ADU/píxel/s)
• D corrent de dark (ADU/píxel/s)
• RN soroll de lectura (e-/píxel/lectura)
• A àrea del detector on cau lobjecte
  (píxels)
• gain conversió electrons a ADU (e-/ADU)
• t temps dintegració (s)
• n número dimatges
• S/N (F n t gain) / sqrt ( (F (S D) A) n
  t gain n A RN2)

58
3. Astronomia Òptica
3.10 Reducció de dades

• Conversió ADU - e-
• Substracció de nivell de bias
• Substracció de lestructura del bias
• Correcions de linearitat
• Substracció de senyal de dark
• Correció de flat-field (variacions píxel a
  píxel)
• Substracció de franjes
• Substracció de cel
• Combinació dimatges (correció de raigs còsmics)