Fedési kett scsillagok fotometriai mérése, az adatok feldolgozása

Átírás

1 Szegedi Tudományegyetem TTIK Kísérleti Fizikai Tanszék Fedési kett scsillagok fotometriai mérése, az adatok feldolgozása Szakmai gyakorlat Készítette: Hatala Kornél Fizika BSc hallgató Témavezet : Dr. Székely Péter egyetemi adjunktus Szeged 2012

2 Tartalomjegyzék 1. Bevezetés 2 2. Elméleti oldal 3 3. Használt m szerek 4 4. Észlelések 5 5. Mérési eredmények feldolgozása Az alapkorrekciók A képek összetolása A heliocentrikus Julián-dátum beírása a.t fájlokba A fotometrálás menete Fénygörbék 8 7. Összefoglalás Köszönetnyilvánítás 10 1

3 1. Bevezetés A nyári szakmai gyakorlat keretében méréseink nagy részét közösen végeztük Balog Bertalannal és Mitnyan Tiborral. Távcsöves meggyeléseinket két helyszínen végeztük: azok nagy része a Szegedi Csillagvizsgálóban (augusztus-szeptember) történt, azonban sikerült egy hetet (augusztus 9-15) a MTA Konkoly Thege Miklós Csillagászati Kutatóintézetében Piszkéstet n tölteni. Célunk fotometriai mérések végzése és fénygörbék el állítása a DWARF projekt számára. A gyakorlaton sokat tanultam, és egyben egy szép kirándulásban volt részem. Piszkéstet n gyakran sétáltunk, és csodáltuk a leny göz, nem mindennapi tájat. Gyönyör hegyeket és erd ket láttunk, ahol távol a zajos nagyvárosoktól szokatlan, de ugyanakkor nagyon kellemes csönd volt. Láthattam Magyarország legnagyobb távcsövét. Bevallom, hogy el ször megpillantva nagyon elcsodálkoztam. Képeken már többöször láttam, és nem gondoltam, hogy a valóságban ilyen hatalmas. Mi egy új 40 cm-es távcs vel mértünk. Nagyon jó volt vele dolgozni. Szakáts Róbert, aki mindenben segített nekünk, els észleléskor bemutatta a m szerek használatát, rövid elméleti ismertet t tartott. Kérésünkre megmutatta a képek feldolgozását és a fénygörbék el állítását az általa használt FITSH szoftvercsomaggal. Úgy gondolom, hogy viszonylag gyorsan megtanultuk a távcs kezelését annak ellenére, hogy kezdetben követtünk el kisebb-nagyobb hibákat. Volt, hogy elfelejtettünk dark vagy atképeket készíteni, atezésnél nem kapcsoltuk ki az óragépet, de az is el fordult, hogy tévesen azonosítottuk a látómez csillagait és nem szerepelt a mérend objektum a képeken. Az ott töltött hét éjszaka eredménye négy használható fénygörbe, amelyek közül az utolsó két éjszaka készültek a legjobbak az egész nyári gyakorlat során. Két napon esett az es, egy alkalommal pedig - mint már korábban említettem - rossz pozícióba állítottuk a távcsövet. Szegeden Dr. Székely Péter segített, felügyelte a munkánkat. Els észleléskor bemutatta a Szegedi 40 cm-es távcs használatát. Amennyiben próblémánk adódott, bátran fordulhattunk hozzá segítségért. Itt is sikerült egyszer a rossz pozícionálás. Augusztus végén és szeptember elején már mindannyian önállóan mértünk. Én négy éjszaka észleltem egyedül. Az els napon gyakori felh átvonulások voltak. A távcs HOME-olásnál rossz irányba indult, és elakadt. Sötét volt (nem m ködött a kupolában a világítás), és még kevés alkalommal mértem, ezért nem sokkal az ütközés el tt t nt fel a nem megfelel irányba történ mozgás. Ekkor azonnal áramtalanítottam a rendszert. Kés bb kiderült, hogy valamiért felcserél dött a távcs számára az É és D irány. A távcs pozíciója miatt nem tudtam a tet t becsukni. Nem mertem a rendszerhez nyúlni, nehogy további károkat okozzak. Megvártam a reggelt. Ekkor eljött Székely Péter, és manuálisan HOME-oltuk a távcsövet. Leszereltük a keres távcsövet. A keletkezett anyagi kár: elgörbült két csavar és egy fémgy r, amelyeket estére kiegyenesítettek a mesterek. A második napon összeraktuk a távcsövet. Megállapítottuk, hogy minden normálisan m ködik. Párhuzamosítottam a keres távcsövet, majd szinkronizáltam a rendszert a Vegára. Mindenzt úgy csináltam, hogy el ször ráálltam a Holdra, majd megkerestem a Vegát. Ezután elküldtem a távcsövet az MR Del-re, amit gond nélkül megtalált. Az égen ekkor is gyakoriak voltak a felh átvonulások, továbbá már közel volt a napkelte, ezért nem készítettem képeket. A távcs szerencsére gond nélkül HOME-olt. A másik két éjszaka minden rendben zajlott. Nem voltak felh k, a távcs pontosan ráállt a megadott koordinátákra, és végül megfelel en HOME-olt. Jó képek készültek, amelyek eredménye két fénygörbe. 2

4 2. Elméleti oldal Az égitesteket látszólagos fényességük alapján el ször egy görög csillagász: Hipparkhosz osztályozta. A szabad szemmel látható legfényesebb objektumokat els rend eknek, míg a leghalványabbakat hatodrend eknek nevezte. A ma használt logaritmikus magnitúdóskála az tiszteletére egy inverz skála, azaz minél fényesebb egy égitest, annál kisebb a magnitúdóban mért fényesség-értéke. A távcsövek megjelenése és fejl dése akár 30 magnitúdós objektumok észlelését is lehet vé tette. A csillagászok már az ókorban is felgyeltek arra, hogy egyes csillagok fényessége id ben nem állandó. Az ilyen égitesteket változócsillagoknak nevezzük. A fotometria, azaz fényességmérés feladata a csillagok fényességének pontos meghatározása. Ezen vizsgálatok f célja a fénygörbe el állítása. Ezek olyan grakonok, amelyeken a fényességváltozás szerepel az id függvényében. A m szerek pontatlansága miatt sokáig a legtöbb csillagot állandó fényesség - nek gondoltuk. A Kepler rtávcs rendkívül pontos méréseib l viszont ma már tudjuk, hogy gyakorlatilag minden csillag változócsillag. A fényesség id beli változásait számos tényez okozhatja. A változócsillagok osztályozása több szempont alapján történhet. A fényességváltozás oka alapján megkülönböztetünk pulzáló, rotáló, fedési, eruptív és kataklizmikus változókat. Mi fedési kett scsillagok mérésével foglalkoztunk. Ezek olyan kett s rendszerek, amelyek jellemz en a közös tömegközéppont körül történ keringés folyamán periodikusan a két objektum és mi (a Föld) egy egyenesbe kerül. F leg ez (és nem bels zikai változás) okozza a fénygörbéken látható ingadozásokat. Ha a rendszer fényesebb komponense kerül takarásba, akkor f minimumról, ellenkez esetben mellékminimumról beszélünk. Az ilyen kett s (és többes) rendszereket azok t lünk mért hatalmas távolsága miatt optikai képalkotásnál leggyakrabban egy pontszer csillagnak látjuk. 3

5 3. Használt m szerek Optika Optikai elrendezés Newton F tükör átmér je 40 cm Fókusztávolság 1392 mm Fényer f/3,48 Mechanika Szerelés villás ekvatoriális Pozícionálás léptet motoros RA, DEC Detektor, sz r k Kamera ST-7 Dual CCD Camera CCD Chips Kodak KAF-0402ME + TI TC-237 Pixelszám 765 x 510 (RA x DEC) Pixelméret 9 x 9 µ Látómez 17' 11' Felbontás 1,33/pixel Sz r k Johnson UBVR c I c 1. táblázat. A Szegedi Csillagvizsgáló távcsövének adatai. Optika Optikai elrendezés Ritchey-Crétien F tükör átmér je 40 cm Fókusztávolság 2400 mm Fényer f/6 Mechanika Szerelés villás ekvatoriális Pozícionálás léptet motoros RA, DEC Detektor, sz r k Kamera FLI ML8300 Pixelszám 3326 x 2504 (RA x DEC) Pixelméret 5,4 x 5,4 µ Látómez 25,7' 19,3' Felbontás 0,46/pixel Sz r k Johnson UBVR c I c 2. táblázat. A piszkéstet i 40 cm-es távcs adatai. Piszkéstet n 2 perces expozícióval mértünk. Szegeden az épület megsüllyedése és a távcs tartó oszlop elmozdulása miatt a vezetés legfeljebb fél perces expozíciókra volt alkalmas. Ennek megfelel en fényesebb objektumot választottunk. 4

6 4. Észlelések Év/Hónap/Nap Objektum RA [h m s] Dec[ ' ] Bias Dark Flat Obj. 2012/08/09 NSVS /08/10 NSVS /08/13 NSVS /08/14 NSVS /08/15 NSVS összes készült kép táblázat. Mérések Piszkéstet n. Év/Hónap/Nap Objektum RA [h m s] Dec[ ' ] Bias Dark Flat Obj. 2012/08/06 OT Lyr /08/07 MR Del /08/21 MR Del /08/22 MR Del /08/24 MR Del /08/25 MR Del /08/27 MR Del /09/01 MR Del /09/02 MR Del összes készült kép táblázat. Mérések Szegeden. Piszkéstet + Szeged: 142 bias, 148 dark, 41 at és 4099 objektumkép. A fenti id pontok között szerepelnek a közös, valamint a többiek és az én önálló méréseim (szeptember 1. és 2.). 5. Mérési eredmények feldolgozása 5.1. Az alapkorrekciók A mérések során készült nyers képeken alapkorrekciókat kell végrehajtani, ugyanis azok még alkalmatlanok a pontos fénygörbék el állításához. Ehhez a NOAO National Optical Astronomy Observatoryáltal kifejlesztett IRAF Image Reduction and Analysis Facility 1 nev programcsomagot használtuk. Bias-korrekció: minden CCD pixel kiolvasásakor a kapott intenzitásérték tartalmazza 1 5

7 a kamera alapzaját is additív jelleg en, amely az alapszintb l (bias) és egy másik, az id vel lineárisan növekv sötétáram tagból áll. A bias képek 0 s expozíciós id vel készülnek. Ezek lényegében az egyes pixelekbe beragadt elektronok és a kiolvasó elektronika zajának következményei. Célszer több ilyen kép készítése, amelyeket átlagolva le kell vonni a dark, at és objektumképekb l. Általában elegend az éjszaka során egy ilyen sorozatot készíteni, ugyanis ennyi id alatt nem változik jelent sen az alapzaj értéke. A noao.imred.ccdred.zerocombine taskkal el állítunk egy átlagolt bias képet. Dark-korrekció: az alapszinthez hasonló additív hiba. Az expozíciós id vel ugyan nagyjából lineárisan változik, mégis javasolt minden méréskor az objektumképekkel megegyez expozíciós id vel, csukott shutter-ral darkokat készíteni. A CCD chip h mérséklete 0 K-t l különbözik, azaz annak molekulái h mozgást végeznek, amely következtében további elektronok gy lnek fel a pixelekben. A termikus uktuációk miatt fellép elektronok száma a h mérséklettel exponenciálisan n. Fontos, hogy a dark képek készítésekor a kamera már le legyen h tve, és a mérés során ne változzon a h mérséklete. Az általunk használt távcsövekben a h tés Peltier-elemmel volt megoldva, de a nagyobb obszervatóriumokban folyékony nitrogénnel akár -180 C-ra h tött kamerák sötétárama gyakorlatilag teljesen elt nik. A dark képek átlagolása a noao.imred.ccdred.darkcombine nev taskkal történik. Flat-korrekció: a nyers CCD képeken gyakran furcsa struktúrákat lehet felfedezni, ugyanis az egyes pixelek kvantumhatásfoka, azaz érzékenysége különböz. Emellett fellép az optikai elemeken található porszemek, és egyéb apró lerakódott szennyez dések fényszórása és fényelnyelése. A jelenség következtében egy homogén felületr l készített kép inhomogén lesz. Bár a távcs atstruktúrája nem változik gyorsan, de célszer minél gyakrabban, akár minden éjszaka atképek készítése. Ezeknek két f típusa létezik: sky és dome at. Az el bbit napnyugtakor, vagy napkeltekor, a csillagmentes, egyenletes fényesség égboltról készítjük. Amennyiben csillagok t nnek fel a képen, akkor vagy kikapcsoljuk az óragépet, vagy minden elkészült atkép után kicsit elmozdítjuk a távcsövet. Mi mindig sky at képeket készítettünk. A dome at a kupolában felállított homogén kivilágított fehér felületr l, vagy a kupoláról készül. Célszer gyelni a beütésszámra, hogy az körül legyen, és az expozíciós id t legalább 10 s-nak választani, továbbá minden használt sz r höz külön kell készíteni ateket. A képeket a noao.imred.ccdred.atcombine nev taskkal tudjuk összeátlagolni. Az elkészült master bias, dark és atképekkel végrehajtjuk a korrekciót az objektumképeken a noao.imred.ccdred.ccdproc taskkal A képek összetolása A Föld forgása miatt a csillagok elmozdulnak az égen. A távcsöveknek ezt követniük kell, ezért óragépekkel szerelik fel ket. Ezek m k dése sajnos nem tökéletes. Ha hosszú ideig exponálunk, akkor a csillagok picit elmozdulnak a képeken. Ez különösen meggyelhet volt a Szegedi Csillagvizsgálóban az épület megsüllyedése miatt. A fotometria elvégzéséhez minden képen a csillagunknak azonos helyen kell lennie. Ezért a képeket össze kell tolni az images.immatch.xregister taskkal. El ször meg kell adni egy referenciaképet. Ehhez fogjuk illeszteni az összes többi képet. Szegeden a rossz vezetés miatt el fordult, hogy a mérés 6

8 közben el kellett mozdítani a távcsövet, különben a célpont kimászott volna a látómez b l. Az ilyen nagy ugrások gyakran összezavarták az xregistert. Egy script segítségével a.t kiterjesztés képeket átkonvertáltam.jpeg kiterjesztés ekre, így azokat könnyedén tudtam nézegetni, tanulmányozni, továbbá a rossz, felh s, defókuszált képeket kidobáltam. Meggyeltem, hogy az xregister az elmozdítást követ en készült képeket nem az általam megadott referenciaképhez képest tolta el, de azokon is azonos helyen szerepelt a változócsillagom. Ezért az egyes ilyen csoportokról készítettem egy listát, és azokat külön kifotometráltam, majd végül az összes csoport adatait egy grakonon ábrázoltam A heliocentrikus Julián-dátum beírása a.t fájlokba A fénygörbén heliocentrikus Julián-dátumban kell az id t megjeleníteni. Ehhez a noao.astutil.setjd taskot használtam. Ügyelni kell arra, hogy a tasknak pontosan a fejlécben található kifejezéseket adjuk meg! 5.4. A fotometrálás menete Elkészültek a korrigált, heliocentrikus Julián-dátummal ellátott képek. Most következik maga a fotometrálás. A DS9 2 nev program segítségével megtekinthet ek a.t kiterjesztés képek. Az IRAF imexamine nev taskkal elmentjük a vizsgált, az összehasonlító, valamint az ellen rz csillag koordinátáit. Ehhez a DS9-ben megnyitott képen az el bbi csillagok fölé visszük az egeret, majd leütjük a ',' billenty t. Ha elkészültünk, a 'q' letütésével kilépünk, és ekkor létrejön a csillagok koordinátáit tartalmazó fájlunk. Most elindítjuk a noao.digiphot.daophot.phot taskot. Fontos, hogy az el bb létrehozott koordinátákat tartalmazó fájlunkat megadjuk, valamint be kell állítani a csillag körüli gy r k sugarait a fotometriához. A task lefuttatásával kinyerjük az egyes csillagok fényességét, amelyet a program.mags fájlokba ment le. Ezekb l a számunkra szükséges információkat a noao.digiphot.ptools.txdump taskkal egy.dat fájlba mentjük, majd egy awk parancs lefuttatásával kinyerjük a fényességkülönbségeket egy újabb fájlba. A fénygörbék elkészítéséhez a Gnuplot 3 nev programot használtam

9 6. Fénygörbék -0.6 NSVS diff mag [mag] HJD [ ] 1. ábra NSVS diff mag [mag] HJD [ ] 2. ábra

10 -1.25 MR Del diff mag [mag] HJD [ ] 3. ábra MR Del diff mag [mag] HJD [ ] 4. ábra

11 7. Összefoglalás Úgy érzem, hogy sok új ismeretet szereztem a nyári gyakorlaton. Megtanultam a szegedi és a piszkéstet i 40 cm-es távcsövek kezelésének alapjait. A gyakorlati tapasztalatokon kívül b vült az elméleti tudásom is. Az adatok feldolgozása során megtanultam és gyakoroltam több Linux alapú szoftver használatát. Megismerkedtem az IRAF alapvet utasításaival. A tudásomban még nagyon sok hiányosság van, de szeretnék tovább tanulni és lehet leg az elkezdett méréseket folytatni, további fénygörbéket el állítani. 8. Köszönetnyilvánítás Ezúton szeretném megköszönni Dr. Székely Péternek, hogy betanította a távcs kezelését, az IRAF program használatát. A felmerül problémákban és kérdésekben mindig segített. Köszönöm, hogy segített elintézni, hogy eljussunk Piszkéstet re. Köszönet illeti Szakáts Róbertot, aki Piszkéstet n végig melletünk állt és segített minden elméleti és gyakorlati probléma megoldásában. Megköszönöm Dr. Szatmáry Károlynak, hogy engedélyt adott a Szegedi Csillagvizsgáló m szereinek használatához. 10