spectro Redshift de Quasars

[apricot]

Bonjour !

 

3C273, un objet un peu mythique (et un bon souvenir perso, j''ai commencé à regarder le ciel à mes 13 ans justement quand j'ai lu un article sur ce quasar et sa découverte)

 

Une image au TN150/750 23x30sec à la CCD, il y a deux ans... c'est juste une simple "étoile" de mag v~ 13 comme une autre.

 

 

Pourtant cette "étoile" est une puissante source radio (il a été découvert comme ça), et présente un spectre bizarre qui laissait perplexe les astronomes de l'époque.

 

On va essayer d'y voir plus clair avec le star analyser

18x300 sec en bin 2 avec le TN150 et le SA100 sur le nez de la CCD

 

 

On voit que le spectre du quasar (dispersé à droite de l'image du quasar) est marqué par des raies en émission.

 

 

Le profil brut, calibré en longueur d'onde (c'est à dire en Ångström par pixel) avec l'aide de Denebola en étoile de référence, VisualSpec permet de calculer la longueur d'onde des principales raies d'émission :

 

 

Un spectre bizarre.. Il faut réaliser que l'on ne savait pas si on regardait un objet dans ou hors de notre galaxie à l'époque ! C'est Maarten Schmidt qui a recollé le puzzle, tout simplement et magnifiquement en réalisant que les raies de Balmer de l'hydrogène excité étaient fortement décalées vers le rouge. Dans l'article ou Schmidt a publié son spectre et son idée, il a écrit cette phrase de conclusion "la plus directe et qui prête le moins à l'objection" que 3C 273 n'était pas une étoile mais le noyaux monstrueusement lumineux d'une galaxie lointaine (Nature 197, 1040 (1963)). Une découverte qui a changé notre vision du monde, avec le télescope de 5 m du mont Palomar, que l'on peut reproduire maintenant avec un minuscule instrument amateur et une CCD

 

http://www.nature.com/physics/looking-back/schmidt/index.html

 

Le calcul du décalage Z vers le rouge des raies, et la comparaison avec le résultat de Schmidt.. z= longueur d'onde observé de l'hydrogène dans 3C273 moins la longueur d'onde de l'hydrogène au repos (sans mouvement, dans le laboratoire) puis divisé par la longueur d'onde de l'hydrogène au repos.

 

 

Le petit télescope Toulousaing donne un résultat qui colle pas mal au Palomar qui a permis la découverte

 

Ca commence à faire loin, environ 750 Mpc (∼2,5 milliards d'années lumière) et une luminosité absolue de -26,7, prévoir la crème solaire avec un objet pareil dans sa galaxie !

 

Début Mai 2015 j'ai refait une observation de 3C273, cette fois ci avec le T200 et un star analyser 200 dans la roue à filtre. Le spectre est corrigé pour la réponse instrumentale, avec Denebola pour référence. Je n'ai pu poser que 14x140s, le rapport signal/bruit est au raz de la moquette... Avec un lissage Gaussien sauvage pour visualiser (ce qui pourrait être) les raies de Balmer, on obtient :

 

 

Le z observé colle ici moins bien, sans surprise vu le manque de poses.

 

Pour aller observer un autre quasar superlatif, beaucoup plus loin (mais plus faible), c'est plus facile avec un télescope un peu plus conséquent. Avec les copains Jacques et Christophe et Peggy on est monté au Pic du Midi ce Noël observer au T60.

 

Un autre classique, la frontière ultime des amateurs, le quasar APM 08279+5255, dans le Lynx.

 

 

Il est facile à repérer sur l'image RGB, avec sa belle couleur rouge tomate (rmag~15). Il a d'ailleurs été découvert en 1998 lors d'études automatisée de recherche d'étoiles carbonées. Il ne paye pas de mine comme ça, mais c'est l'objet le plus distant et lumineux qu'on connaisse accessible aux amateurs !

 

Avec la CCD 314 équipée du spectro star analyser :

 

 

La map n'est pas toptop, la collim non plus, du vent à 50 km/h, on a attrapé seulement 27x60sec d'images. C'est moche mais l'essentiel est là ; on peut mesurer son monstrueux décalage vers le rouge :

 

 

On regarde ici un objet extrêmement distant. La raie spectrale Lyman-alpha de l’hydrogène, au repos dans l'ultraviolet lointain (1216 Ångström) est vue ici à 5890 A. Un redshift similaire a eu lieu pour les raies d’émission de l'azote (N) V et du carbone IV (1241 et 1549 décalées à 6045 et 7580). Z =3.86+/-0.02 , raisonnablement proche de ce que mesurent les pros, à 3.87

 

z=3.87 correspond à 23.6 milliards d'années lumières de distance (en co-mouvement) (7.2 Gpc), ou encore 12.05 milliards d’années lumières de temps de voyage de la lumière. Les confins de l'univers.

 

La foret de raies devant la raie Lyman-alpha pourrait correspondre aux multiples absorption des photons L-alpha par les objets cosmologiques dans la ligne de visée du quasar (comprenant ceux qui prodiguent l'effet de lentille gravitationnelle) et ceci à des z (décalages/distances) variés, d’où la foret..!

 

Bon ciel à tous,

Jean-Phi

Modifié 18 juin 2015 par apricot
Satchmo

[Fred_76]

On est tous petits devant une telle immensité...

[Gribol]

Merci pour ce post très pédagogique.

 

Bon, pour nous amateurs, il ne reste plus qu'à avoir un gros sursaut gamma bien lointain pour dépasser ce z de 3.87...

 

Marc

[webmaster OU]

Une manip géniale, très intéressante et vraiment agréable à lire. Ca fait plaisir !

Quand on voit ce que nous sommes capables de faire aujourd'hui avec des instruments même modestes comme le N150, ça donne une idée du potentiel scientifique en spectro chez les amateurs.

 

Par contre, je tique toujours en le lisant : les longueurs d'onde sont exprimées en Angstrom (de Anders Jonas Ångström) ou en nm (nanomètre). Armstrong, que ce soient Louis, Lance ou Neil, n'ont pas grand chose à voir avec nos manips de spectroscopie... :)

 

Vincent

[apricot]

Oups, merci pour la piqûre de rappel pour Lance Neil Satchmo Ångström

[christiand]

Bonsoir

 

T'as réussi à disséquer l'APM du Lynx, bon boulot !

Ils sont fascinants ces QSO. Le plus lointain imagé depuis mon site est à z= 4.45, mag 21. J'examine toujours mes champs mais je n'ai jamais trouvé plus lointain à ce jour.

 

C'est C.Lebedinsky depuis l'Observatoire Panther qui a réussi à détecter le J1641+3755 à z=.... 6.04 ...à magnitude 24 de souvenir. Il n'est pas très loin de M13, mais invisible sur les images Sloan DSS.

Il faut de sacrés moyens quand même, il a bossé en équipe avec un autre collégue amateur pour obtenir ce résultat. Quant à la spectro sur un objet de m24 c'est une autre affaire.

 

http://panther-observatory.com/gallery/deepsky/media/CFHQS_coop_c100.jpg

 

 

 

Christian

[Poussin38]

J'adore la comparaison apricot vs palomar

 

Excellente présentation d'un non moins très beau boulot, merci!

[apricot]

Salut Christian, l'image ultra-profonde de CFHQS J1641 +3755 est assez bluffante. Nota bene ils sont allé le chercher dans l'infrarouge, +4h de pose avec un KAF-6303.

http://panther-observatory.com/gallery/deepsky/doc/CFHQS_J1641_f10.htm

 

Ca peut être pas mal d'imager sans filtre IR-cut quand on a un capteur sensible à +700 nm

 

En spectro amateur, je pense que la limite actuelle est autour de mag 16-17 (pa ex Robin Leadbeater avec un C11 et un Alpy modifié, a fait un beau spectre d'une supernova a mag 16.5). On est encore très loin d'aller chatouiller ce genre de cible a mag>20 ! Ce n'est pas pour rien que les pros utilisent de très grandes gamelles...

 

Le spectre des QSO de très grand redshift est Sur le papier de la découverte des CFHQS :

 

 

La raie Lyman-alpha (1216 A au repos) est décalée dans l'infrarouge !

[christiand]

Ca peut être pas mal d'imager sans filtre IR-cut quand on a un capteur sensible à +700 nm

Oui j'ai viré mon filtre L depuis un moment. Avec le Kaf3200 les étoiles ne sont pas plus empâtées, enfin, je ne vois pas de différent sur les relevés de FWHM.

 

Pour souvenir, le "HIZ" à z4.45 :

 

 

 

 

 

Ou alors le "Twin" qui est juste à la limite de la spectro amateur :

 

 

 

 

 

 

Toutes ces choses sont super intéressantes à lire ou à découvrir ...

 

 

 

 

Christian

[apricot]

Le twin quasar, belle cible

Et comme d'habitude en spectro, il suffit de se demander si c'est une cible faisable pour trouver rapidement que Christian Buil l'a déjà fait

http://www.astrosurf.com/buil/galaxies/data4/poster_twin_quasar.png

[apricot]

Une mise à jour de ce post, à la faveur du dernier anticyclone qui m'a permis d'enregistrer un spectre de 3C273 plus proprement, derrière une fente avec l'Alpy

 

 

 

Le spectre est plus propre, et le redshift mesuré colle bien (mieux !) avec celui des pros

 

Bon ciel,

Jean-Phi

[Spectrahm]

En spectro amateur, je pense que la limite actuelle est autour de mag 16-17 (pa ex Robin Leadbeater avec un C11 et un Alpy modifié, a fait un beau spectre d'une supernova a mag 16.5). On est encore très loin d'aller chatouiller ce genre de cible a mag>20 ! Ce n'est pas pour rien que les pros utilisent de très grandes gamelles...

Tu as une idée des modifs effectuées sur l'Alpy pour aller plus loin dans le rouge ?

Je regrette justement qu'il soit centré aussi proche du bleu, le domaine spectral est de 350-750nm.

[apricot]

Tu as une idée des modifs effectuées sur l'Alpy pour aller plus loin dans le rouge ?

Je regrette justement qu'il soit centré aussi proche du bleu, le domaine spectral est de 350-750nm.

 

L'Alpy est optimisé pour le bleu / proche UV. Si c'est le NIR qui t'interesse, regardes du côté du LISA avec son module proche infrarouge.

Il me semble que Robin a remplacé le réseau 600 par un 200 ; à voir sur son site, ou sur le forum Aras.

Jp

[Spectrahm]

Oui, mais pas le même coût, ni la même contrainte mécanique sur le tube et la monture.

 

Mais effectivement je regrette que le domaine spectral de l'Alpy soit aussi déporté vers le bleu, ça m'a fait pas mal hésiter avec le SA100 qui monte sans trop de problème vers 8000A (mais peut-être avec du télescopage sur le second ordre).

 

J'ai quand même pris l'Alpy pour sa résolution et la possibilité d'utiliser la fente 300µm pour autoguider au DO, plutôt qu'avec le module à 800€. Et 750A de lambda max, ça reste suffisant pour du Halpha légèrement redshifté.

[dolguldur]

Pffiouuu je viens de decouvrir cette manip, c'est vraiment super ! Par contre je reste un peu sur ma faim au niveau de la detection des raies d'emission en milieu forestier

Il n'est pas precise si la detection des raies est automatique ou faite main.

 

En tout cas c'est genial, vraiment, je vais commencer a me renseigner sur le matos et les logiciels necessaire pour mettre en oeuvre ce genre d'experience.

[apricot]

Je n'ai pas compris, les raies en milieu forestier ? Tu parles de la forêt lyman alpha ?

Jean-Philippe

[apricot]

Je remonte ce post avec une nouvelle observation d'un quasar tout à fait extraordinaire.

 

J014709+463037 surnommé "le Parachute d'Andromède". L'image de sa découverte par PANStars vaut son pesant de cahuettes :

 

 

L'image du quasar est démultiplié par l'effet de lentille gravitationnelle d'une galaxie pile dans la ligne de visée.

 

Avec Gérard avec le T60 + Alpy 600 au Pic du Midi nous avons enregistré son spectre. Enfin celui des 4 composantes combinées, car elles ne peuvent être résolues ici. On a pris 4x15 min de pose (il est un peu faiblard, sa magnitude est d'environ 15). Une pose brute :

 

 

Le spectre traité :

 

 

Gérard avait ouvert une discussion sur le calcul de son redshift. En deux mots, en prenant la raie CIII et les raie en absorption intrinsèques aux larges raies en émission on mesure un redshift à z=2.34 . Le papier de découverte au 10 m du Keck donne 2.377 (https://arxiv.org/pdf/1707.05873.pdf). Un autre spectre encore plus récent avec le Nordic Optical Telescope (2.5 m à la Palma) a précisé le redshift à 2.341±0.001 (https://export.arxiv.org/pdf/1708.05131), donc notre mesure colle bien ++

 

Les composantes en absorptions décalées vers le bleu indiquent que c'est un "broad absorption line (BAL)". Seuls 10% des quasars montrent ce phénomène, c'est une chance que celui là nous soit accessible. Pour les différents types de quasars voir par exemple http://hea-www.harvard.edu/~elvis/structure.htm. J'ai annoté les différentes raies et comment les replacer dans la structure du quasar :

 

 

C'est assez cool d'arriver à sonder la structure du quasar et les vitesses démentielles en jeu simplement avec un spectre

[christiand]

Bonjour

 

Oui , bon boulot, z 2.34... c'est une sacré challenge de pouvoir sortir le spectre d'un objet aussi faible.

Il n'est pas très grand mais on doit pouvoir le séparer optiquement sur un ciel calme.... et dégagé !

 

Les "collègues" d'outre Atlantique sont assez friands de ce genre d'objets.

 

https://www.cloudynights.com/topic/591253-quad-lensed-quasar-andromeda%E2%80%99s-parachute/

 

 

Christian

[gerard33]

J'ai annoté les différentes raies et comment les replacer dans la structure du quasar :

 

 

C'est assez cool d'arriver à sonder la structure du quasar et les vitesses démentielles en jeu simplement avec un spectre

 

Oui, mais là je ne comprend pas....faut qu'on remonte!

tu m'expliquera ça entre deux tranches de cake

[apricot]

Je croyais qu'un crobard valait mille mots Tu as raison, pas le choix, faut remonter au Pic.

[gerard33]

Surtout, comment obtiens-tu les vitesses?

il faut que je plonge plus profond dans le bouquin de François Cochard

[apricot]

Le décalage Doppler-Fizeau entre le centre de 2 raies (observée et au repos, ou ici pour les raies BAL en émission observée et en absorption observée) donne la vitesse :

 

v = delta lambda / lambda zero x c (km/s)

 

avec

delta lambda = lambda - lambda zéro (A)

c = V lumière (km/s)

 

La vélocité Doppler basé sur la FWHM d'une raie étudiée dépend de la température, pression, densité, turbulence etc.. mais permet d'estimer une vitesse d'expansion / de rotation :

 

V = FWHM / lambda x c (km/s)

 

La FWHM doit être corrigé pour l'élargissement du à l'instrument :

 

FWHM corrigée = racine carré (FWHM observé ^2 - FWHM instrument ^2)

 

FWHM instrument est déterminée par le R de l'instrument = lambda / R (tu peux le déterminer avec les raies de la lampe de calibration)

 

C'est très clair non ?

[gerard33]

sûr que dit comme ça...

[apricot]

Je ne connais pas de moyen + simple de l'écrire autrement ici O_o En fait ce n'est pas compliqué du tout, la preuve même moi pas mateu du tout qui n'ai pas encore compris ce qu'est un "mètre linéaire" y arrive

[Gribol]

Superbe réalisation !

Très bonne utilisation d'un gros télescope pour faire une manip qui sort un peu de ce qu'on a l'habitude de voir !

 

Marc