Instrumentation et réduction spectroscopiques

Les spectrographes utilisent des éléments dispersifs tels que les réseaux et les prismes pour décomposer la lumière en un spectre, et les données enregistrées doivent être calibrées en longueur d'onde et en flux avant l'analyse.

Definition

La réduction spectroscopique est la séquence d'opérations de calibration et d'extraction qui convertit une image brute de spectrographe en un spectre unidimensionnel calibré en longueur d'onde et, lorsque cela est possible, en flux.

Scope

Ce sujet couvre la conception et le fonctionnement des spectrographes astronomiques, y compris les configurations à fente, à fibre et à champ intégral, ainsi que les disperseurs à réseau, à prisme et à échelle. Il aborde également les étapes de réduction qui transforment les images brutes en spectres calibrés : la correction de biais et de champ plat, l'extraction de spectre, la calibration en longueur d'onde à partir de lampes à arc, et la calibration en flux à partir d'étoiles standards. Il inclut les concepts de résolution spectrale et de dispersion.

Core questions

• Comment les réseaux, les prismes et les configurations échelle dispersent-ils la lumière, et qu'est-ce qui détermine la résolution spectrale ?
• Comment l'échelle de longueur d'onde est-elle établie à partir des spectres de comparaison de lampes à arc ?
• Quelles étapes de réduction sont nécessaires pour extraire un spectre propre et calibré d'une image brute ?
• Comment un spectre est-il calibré en flux à l'aide d'observations d'étoiles standards ?

Key theories

Dispersion par réseau de diffraction

Un réseau réglé ou holographique disperse la lumière par interférence, l'équation du réseau reliant la longueur d'onde à l'angle de diffraction et à l'ordre, et le pouvoir de résolution étant déterminé par le nombre de traits illuminés.

Calibration en longueur d'onde

Des spectres de raies d'émission de lampes à arc avec des longueurs d'onde connues sont observés en même temps que la cible, fournissant une solution de dispersion qui associe la position du détecteur à la longueur d'onde.

Clinical relevance

Une instrumentation et une réduction soignées déterminent la précision de chaque résultat spectroscopique, des vitesses radiales pour la détection d'exoplanètes aux mesures d'abondance. Les conceptions d'échelle à haute résolution permettent d'atteindre la précision au mètre par seconde utilisée dans la recherche de planètes.

History

Les premières études par prisme objectif ont cédé la place aux spectrographes à fente sur les grands télescopes ; le réseau échelle, les systèmes à fibres multi-objets et les unités à champ intégral ont progressivement étendu la résolution et le multiplexage à l'ère des CCD.

Seminal works

• schroeder2000
• kitchin1995
• chromey2016

Frequently asked questions

Qu'est-ce que la résolution spectrale ?

La résolution spectrale est la capacité d'un spectrographe à séparer des longueurs d'onde très proches, généralement exprimée comme le rapport de la longueur d'onde à la plus petite différence de longueur d'onde résoluble ; une résolution plus élevée révèle des détails de raie plus fins.

Pourquoi utilise-t-on des lampes à arc ?

Les lampes à arc émettent des raies fines à des longueurs d'onde précisément connues, qui servent de points de référence pour convertir les positions des pixels dans le spectre en une échelle de longueur d'onde précise.