Piszkéstetői csillagászati megfigyelés

Hasonló dokumentumok
0.1. A CCD és infravörös felvételek feldolgozása

Pulzáló változócsillagok és megfigyelésük I.

Cassegrain-spektrum feldolgozása az IRAF-ban

Gyors neutronok detektálási technikái

Abszolút és relatív aktivitás mérése

Modern Fizika Labor. A mérés száma és címe: A mérés dátuma: Értékelés: Infravörös spektroszkópia. A beadás dátuma: A mérést végezte:

Magspektroszkópiai gyakorlatok

Modern Fizika Labor Fizika BSC

Spektrográf elvi felépítése. B: maszk. A: távcső. Ø maszk. Rés Itt lencse, de általában komplex tükörrendszer

Mikroszkóp vizsgálata Folyadék törésmutatójának mérése

Fedési kett scsillagok fotometriai mérése, az adatok feldolgozása

AZ UNIVERZUM FELTÉRKÉPEZÉSE A SLOAN DIGITÁLIS

Mérési hibák

A JEL ZAJ ARÁNY KÉRDÉSE A MODERN CSILLAGÁSZATI FOTOMETRIÁBAN

3. Termoelektromos hűtőelemek vizsgálata jegyzőkönyv. Zsigmond Anna Fizika Bsc II. Mérés dátuma: Leadás dátuma:

Folyadékszcintillációs spektroszkópia jegyz könyv

1. Gauss-eloszlás, természetes szórás

Modern Fizika Labor. 2. Az elemi töltés meghatározása. Fizika BSc. A mérés dátuma: nov. 29. A mérés száma és címe: Értékelés:

2. Hangfrekvenciás mechanikai rezgések vizsgálata jegyzőkönyv. Zsigmond Anna Fizika Bsc II. Mérés dátuma: Leadás dátuma:

Compton-effektus. Zsigmond Anna. jegyzıkönyv. Fizika BSc III.

Modern fizika laboratórium

D/A konverter statikus hibáinak mérése

7. Mágneses szuszceptibilitás mérése

Nehézségi gyorsulás mérése megfordítható ingával

DENZITOMÉTER ÁTALAKÍTÁSA HOSSZÚSÁGMÉRŐVÉ

Biomatematika 12. Szent István Egyetem Állatorvos-tudományi Kar. Fodor János

Sugárvédelmi és dozimetriai gyakorlatok. Rakyta Péter. Bornemisza Györgyné. leadás időpontja: május 9.

Hőmérsékleti sugárzás

Rugalmas állandók mérése

Fedési kett scsillagok fénygörbéinek el állítása

Önálló labor beszámoló Képek szegmentálása textúra analízis segítségével. MAJF21 Eisenberger András május 22. Konzulens: Dr.

Fázisátalakulások vizsgálata

Abszorpciós spektroszkópia

PÁPICS PÉTER ISTVÁN CSILLAGÁSZATI SPEKTROSZKÓPIA HF FELADAT: egy tetszőleges nyers csillagspektrum választása, ábrakészítés IDL-ben (leírása az

Mágneses szuszceptibilitás mérése

19. A fényelektromos jelenségek vizsgálata

International GTE Conference MANUFACTURING November, 2012 Budapest, Hungary. Ákos György*, Bogár István**, Bánki Zsolt*, Báthor Miklós*,

A csillagok fénye 1. Az atomoktól a csillagokig. Dávid Gyula Az atomoktól a csillagokig dgy

Automatikus irányzás digitális képek. feldolgozásával TURÁK BENCE DR. ÉGETŐ CSABA

Modern Fizika Labor. 11. Spektroszkópia. Fizika BSc. A mérés dátuma: dec. 16. A mérés száma és címe: Értékelés: A beadás dátuma: dec. 21.

Mikroszkóp vizsgálata Lencse görbületi sugarának mérése Folyadék törésmutatójának mérése

Modern Fizika Labor. Fizika BSc. Értékelés: A mérés dátuma: A mérés száma és címe: 5. mérés: Elektronspin rezonancia március 18.

Jegyzőkönyv. mágneses szuszceptibilitás méréséről (7)

Félvezetk vizsgálata

A II. kategória Fizika OKTV mérési feladatainak megoldása

NGC 2281 nyílthalmaz fotometriai vizsgálata

Mikroszkóp vizsgálata és folyadék törésmutatójának mérése (8-as számú mérés) mérési jegyzõkönyv

17. Diffúzió vizsgálata

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK KÖZÉP SZINT Függvények

b) Ábrázolja ugyanabban a koordinátarendszerben a g függvényt! (2 pont) c) Oldja meg az ( x ) 2

A mérési eredmény megadása

Nagyfelbontású spektrumok redukálása a

Nemzetközi Csillagászati és Asztrofizikai Diákolimpia Szakkör Asztrofizika II. és Műszerismeret Megoldások

Mágneses szuszceptibilitás mérése

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK KÖZÉPSZINT Függvények

Részecske azonosítás kísérleti módszerei

2. Rugalmas állandók mérése

A mérések általános és alapvető metrológiai fogalmai és definíciói. Mérések, mérési eredmények, mérési bizonytalanság. mérés. mérési elv

Rugalmas állandók mérése

Modern Fizika Labor Fizika BSC

Modern Fizika Labor Fizika BSC

Modern Fizika Labor. Fizika BSc. Értékelés: A mérés dátuma: A mérés száma és címe: 12. mérés: Infravörös spektroszkópia május 6.

2. Rugalmas állandók mérése jegyzőkönyv javított. Zsigmond Anna Fizika Bsc II. Mérés dátuma: Leadás dátuma:

Modern Fizika Labor. 5. ESR (Elektronspin rezonancia) Fizika BSc. A mérés dátuma: okt. 25. A mérés száma és címe: Értékelés:

MÉRÉSI EREDMÉNYEK PONTOSSÁGA, A HIBASZÁMÍTÁS ELEMEI

Csillagok parallaxisa

Fényerő mérés. Készítette: Lenkei Zoltán

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK KÖZÉP SZINT Függvények

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉPSZINT Függvények

Eddigi tanulmányaink alapján már egy sor, a szeizmikában általánosan használt műveletet el tudunk végezni.

Modern fizika laboratórium

Mérés: Millikan olajcsepp-kísérlete

Adatmodellez es, f uggv enyilleszt es m arcius 12.

A +Q töltés egy L hosszúságú egyenes szakasz mentén oszlik el egyenletesen (ld ábra ábra

Kísérlettervezés alapfogalmak

7. Laboratóriumi gyakorlat KIS ELMOZDULÁSOK MÉRÉSE KAPACITÍV ÉS INDUKTÍV MÓDSZERREL

Atomi er mikroszkópia jegyz könyv

Piri Dávid. Mérőállomás célkövető üzemmódjának pontossági vizsgálata

Függvények Megoldások

Térinformatikai DGPS NTRIP vétel és feldolgozás

Galaxisfelmérések: az Univerzum térképei. Bevezetés a csillagászatba május 12.

1. ábra. 24B-19 feladat

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Villamosmérnöki és Informatikai Kar. Villamos Energetika Tanszék. Világítástechnika (BME VIVEM 355)

Fényhullámhossz és diszperzió mérése

1. tétel. 1. Egy derékszögű háromszög egyik szöge 50, a szög melletti befogója 7 cm. Mekkora a háromszög átfogója? (4 pont)

Modern Fizika Laboratórium Fizika és Matematika BSc 8. Alkáli spektrumok

Sugárzáson, és infravörös sugárzáson alapuló hőmérséklet mérés.

Andó Mátyás Felületi érdesség matyi.misi.eu. Felületi érdesség. 1. ábra. Felületi érdességi jelek

Panorámakép készítése

Képrekonstrukció 3. előadás

Kettőscsillagok vizuális észlelése. Hannák Judit

Statisztikai programcsomagok gyakorlat Pót zárthelyi dolgozat megoldás

Hangfrekvenciás mechanikai rezgések vizsgálata

Peltier-elemek vizsgálata

Anyagvizsgálati módszerek Mérési adatok feldolgozása. Anyagvizsgálati módszerek

Asztrometria egy klasszikus tudományág újjászületése. ELFT Fizikus Vándorgyűlés, Szeged, augusztus 25.

Téradatokkal kapcsolatos elemzések és fejlesztések a FÖMI Térinformatikai Igazgatóságán

Összefoglaló. a Csillagász MSc kötelező nyári szakmai gyakorlatáról. Írta: Barna Barnabás. Témavezető: Dr. Szabó M. Gyula

Transzformációk. Grafikus játékok fejlesztése Szécsi László t05-transform

Pontműveletek. Sergyán Szabolcs Óbudai Egyetem Neumann János Informatikai Kar február 20.

Átírás:

Piszkéstetői csillagászati megfigyelés Hegedüs Dávid, Kincses Dániel, Rozgonyi Kristóf ELTE TTK Fizikus MSc I. Mérés ideje: 2016.03.11-2016.03.13. Mérésvezető: Vinkó József

1. Bevezetés 1.1. A piszkés-tetői obszervatórium A Magyar Tudományos Akadémia Konkoly Thege Miklós Csillagászati Kutatóintézetének piszkés-tetői megfigyelőállomása a Mátra hegységben helyezkedik el. Az itt végzett megfigyelések, illetve a gyakorlat célja, hogy megismerkedjünk a csillagászati képfeldolgozás alapjaival, illetve betekintést nyerjünk a csillagászati megfigyelések mikéntjébe. Az első, bevezető feladathoz használt távcső egy CCD-kamerával felszerelt 60/90/180 cm-es Zeiss gyártmányú Schmidt távcső, amelyet 1962-ben állítottak üzembe. A gyakorlat során lehetőségünk volt megtekinteni Magyarország legnagyobb távcsövét is, amely egy 1 méter átmérőjű Zeiss gyártmányú Ritchey-Chrétien-Coudé távcső [1]. 1.2. A CCD-detektorok jellemzői A CCD-kamerák pixelekből állnak, amelyek mindegyike egy-egy félvezető (általában szilícium) lapka [2]. Egy ilyen lapka egyik oldalán egy néhányszor tíz mikrométer vastagságú szigetelő réteg (szilícium-dioxid) található, ami fölött egy elektróda helyezkedik el. Ha a szilícium réteget fény éri, fotoeffektus által elektronok lökődnek ki a kristályrácsból. Ha az elektródára pozitív feszültséget kapcsolunk, kialakul egy potenciálgödör, amiben az elektronok összegyűlnek (1. ábra). 1. ábra. A CCD egy pixelének vázlata 1

Az expozíciós idő alatt egy ilyen pixelben a beérkező fotonok számával egyenesen arányos számú elektron gyűlik össze (ideális esetben). Mivel hőmozgás hatására is kiléphetnek elektronok, ezért a berendezést hűteni kell, hogy ezt a sötétáramot kiküszöbölhessük. Ha az egyes elektródák alatti területeket (pixeleket) különböző erősségű megvilágítás éri, az adott potenciálgödörben összegyűlt töltéscsomagok is különböző nagyságúak lesznek. Ha kiolvassuk a pixelekben lévő töltések mennyiségét, meghatározhatjuk, hogy az adott pontokban milyen erős fényhatás érte a detektort. Az elektródákra kapcsolt feszültségek változtatásával léptethetjük, majd kiolvashatjuk a töltéscsomagokat, ennek vázlata látható a 2. ábrán. 2. ábra. A kiolvasás menete Fontos megjegyezni, hogy egy CCD kép önmagában még nem használható fel tudományos célokra, először több korrigálást is el kell végezni a képeken, a sok különböző hibaforrás miatt - az alábbiakban ezek felsorolása következik. Az egyik fontos hibaforrás a kiolvasási zaj - kiolvasáskor sosem pontosan annyi elektront olvasunk ki mint amennyi valójában volt az adott pixelben, hanem van egy körülbelül 7 elektronos hiba (ezt nulla expozíciós idővel felvett képpel lehet vizsgálni). Ez fényes objektumok esetén (azaz igen sok kiolvasandó elektron esetén) kevésbé jelentős, azonban halvány objektumoknál nagy hibát eredményez. Egy másik fontos jellemzője a CCD detektoroknak, hogy mindig van valamennyi elektron a pixelekben, megvilágítástól függetlenül. Ezért fontos mindig készíteni egy sötétképet (azaz megvilágítás nélküli 2

képet), majd ezt le kell vonni a vizsgálandó képből (ha ezt nem tennénk meg, nem teljesülne a linearitás). Ezen kívül szokás készíteni egyenletes megvilágítású képet is, amivel le kell osztani a vizsgálandó képet - ezzel korrigálhatunk a hibás pixelekre, illetve a különböző pixelek különböző érzékenységére. 2. Képfedolgozási alapfeladatok Az első feladatnak kaptunk pár felvételt az Orion csillagképről, amiken elsőnek alapvető képfeldozói algoritmusokkal kiértékelésre alkalmas képeket kellett készítenünk. Ezután egy online csillagadatbázis segítségével azonosítottunk 10 csillagot. 2.1. Képek korrekciói A feladat elvégzésére az alábbi képek áltak rendelkezésünkre: 12 korrigálandó kép, 3 kép 4 különböző színszűrővel 15 sötétkép, 20,60 és 180 sec expozíciós időre 5 kép 9 kép 0 expozíciós idővel készítve (bias képek) A képek korrekcióit az IREF nevű csillagászati képfeldogozó programcsomaggal végeztük. Először a darkcombine és zerocombine szkriptekkel elvégeztük az egyes expozíciós időhöz tartozó sötétképek és a bias képek átlagolását. Persze ekkor a 0 expozíciós időhöz tartozó intenzitások rajta vannak a sötétképeken, ezért levontuk ezekből az átlagolt bias képet. A kiértékelendő képekből ezután levontuk mind a korrigált sötétképeket, mind a bias képet. Az elemi műveleteket a imarith paranccsal végeztük el. Azt, hogy milyen expozíciós idő tartozott az egyes felvételekhez, a header file segítségével adtuk meg. Több kép 15 s exp. idővel készült, ezekhez a 20 s exp. idővel készített sötétképeket használtuk. A korrigálandó felvételek átlagolása előtt a képek közötti eltolást korrigáltuk a xregister kereszt korrelációt használó algoritmus segítségével. Az összetolt képeknek a mediánját vettük a combine paranccsal, ezzel megkapva a korrigált képet az egyes színszűrőkre. 3

2.2. Csillagok azonosítása Csillagok azonosításához a felvételeinket összehasonlítottuk a Sloan Digital Sky Survey (SDSS) égtérképével. Itt a 12-es data release vizuális égtérképét, az ún. Navigate Tool-t használtunk [3]. Az SDSS térképen beálítottuk a felvételeink koordinátáit, majd a fényes objektumok által kirajzolt "alakzatok" segítségével tájékozódtunk a mért képeken. A felvételeink középpontjának a koordinátái fokban: ra = 82.67917 dec = 4.58333 Az SDSS térkép és az általunk kalibrált R szűrővel mért kép: (a) Az SDSS térkép, a mérés koordinátáira (b) Az R szűrővel mért kalibrált tér- pozicionálva 12.67584 ívmásodperc/pixel kép, aminek a felbontása 1.02489 ívmásod- felbontással perc/pixel Ezután a mért felvételeken azonosítottunk 10 csillagot. A képen nem csak csillagok, hanem galaxisok is látszanak, ezért nem triviális, hogy egy objektum csillag vagy galaxis. Az SDSS térképen ez fel van tüntetve az egyes objektumoknál, ezért a képeken csak ilyen jeleket kerestünk. Az azonosított csillagok adatai: 4

SDSS égtérképről leolvasott kapott felvételről ra [ ] dec [ ] u [mag] g [mag] r [mag] i [mag] z [mag] x [px] y [px] 1. 83.23209-4.5762 14.53 14.36 13.75 13.42 12.73 216 1992 2. 83.23285-4.54576 14.94 11.58 13.85 13.42 8.27 214 2100 3. 83.24664-4.51291 15.86 14.92 14.23 13.71 12.42 164 2216 4. 83.05661-4.51542 19.93 25.11 20.9 18.48 18.35 828 2212 5. 83.04814-4.40563 14.88 12.25 11.74 14.30 11.77 858 2594 6. 82.71793-4.24742 14.32 14.80 14.73 14.07 13.17 2010 3156 7. 82.63123-4.58159 17.30 16.38 11.90 10.90 10.94 2318 1986 8. 82.74324-4.79036 14.48 12.45 15.21 14.86 11.81 1930 1251 9. 82.36644-4.82251 14.14 11.95 11.36 11.28 12.70 3249 1144 10. 82.35982-4.84337 16.34 15.00 13.12 12.81 13.10 3271 1072 1. táblázat. A kiválasztott csillagok leolvasott adatai Ahol a ra és dec oszlopok jelölik a csillagok égi koordinátáit, az u,g,r,i,z oszlopokban vannak az SDSS által mért látszólagos magnitúdók értékei, az x és y oszlopok pedig az általunk mért képeken a csillaghoz (közepéhez) tartozó pixelértékek. 3. Mérések magnitúdó kalibrációja az SDSS adataihoz A mérési feladat elején kaptunk 3 előre kalibrált képet, amelyek ugyanarról a galaxisról, különböző színszűrővel készültek. A képeket összeillesztettük, és így hamis színes képet állítottunk elő. A képeken külön-külön beállíthattuk, hogy a mért intenzitáshisztogramok, mely tartományát ábrázoljuk, így "játszhattunk" a keletkezett kép kontúrjaival. Ezután azonosítanunk kellett a képen látható galaxist, a koordinátái alapján. Ehhez a NED [4] online adatbázist használtuk. A kép középpontjának a koordinátái: ra = 14h 03m 12.5s dec = +54d 20m 56s Ezeken a koordinátákon a Messier 101 nevű galaxis található. Számunkra most nem ez a forrás, hanem a környezetében lévő rengeteg csillag. A mérési feladat során ugyanis 5

ezeknek a csillagoknak a segítségével állítottuk elő a mért kép és az SDSS adatok látszólagos magnitúdói között lévő kalibrációs egyenest. A ds9 nevű képfeldolgozó szoftver segítségével letölthettük azoknak a csillagoknak a mért magnitúdóadatait, és pozícióit, amelyek az M101 galaxis környezetében találhatóak. (A Sloan égboltfelmérésből kihagyták a Messier 101 galaxist és a közvetlen környezetét) Ekkor a csillagok pozícióit a program automatikusan ráhelyezi a mért képre. 4. ábra. M101 galaxis az adatbázisból szűrt objektumokkal Látható, hogy az SDSS-ből letöltött adatok nem tökéletesek, hiszen például vannak olyan pozíciók, ahol nem található (mérhetően fényes) csillag. Ezeket a hibákat majd a kalibrációs eljárás során ki kell szűrnünk az adatsorunkból. A képen így meghatározott csillagokra megvalósíthatjuk az apertúrafotometriát. Ekkor a kiválasztott objektum köré egy kört "rajzolunk" és a körön belüli intenzitást összeintegrálva kapjuk meg a csillag fényességét adott színszűrőre. (Az apertúrafotometriához használt körök nem az ábrán szereplő zöld körök, mert azok az SDSS objektumok pozícióit jelölik.) Az így kapott intenzitásból még le kell vonni az égi háttér fotonjait is. Ezt úgy tehetjük meg, hogy az apertúra köré rajzolt körgyűrű integrált intenzitását levonjuk a csillag intenzitásából. Ezzel a módszerrel megkaphatjuk a csillag látszólagos magnitúdóját. Az apertúrafo6

tometria során a csillag köré egy 6 pixel sugarú kört rajzoltunk, az égi hátteret pedig egy 10 pixel belső sugarú, 5 pixel széles körgyűrű alapjá számoltuk. Azonban az így kapott és az SDSS értékek nem egyeznek meg. Ez a mérések különbözőségeiből (színszűrőrendszer, más mérési helyszín, kalibráció, stb.) adódik, de a különböző mérések azonos skálákra hozhatók. Ideális esetben adott objektumra ugyanazt a magnitúdóértéket kellene hogy kapjunk, ekkor az adatok közti kalibrációs függvény egy 1 meredekségű egyenes lenne ha az SDSS magnitúdókat a mért magnitúdók függvényében ábrázoljuk. A valóságban az adatok ettől egy kicsit eltérnek, emiatt a kalibrációs egyenes egy kicsit más meredekségű, a különböző mérési érzékenyégek miatt pedig a tengelymetszet eltérhet az origótól. Vagyis az így kapott adatsorra illesztett egyenes lesz az átviteli függvény. A kalibrációt mi az I színszűrővel mért (vörös) adatfile-ra határoztuk meg. Első lépésben kiszedtük azokat az adatpontokat, amelyek hibásak voltak az SDSS-ben mert nagy volt a magnitudójuk hibája, vagy kiestek a képünk látómezejéről, esetleg nem tartozott hozzájuk a képen csillag. Így 963 csillag alapján dolgoztunk. (a) A magnitudó értékpárok eloszlására illesztett egyenes (b) Az illesztett egyenestől való eltérések 5. ábra. Az SDSS katalógus alapján és a képen apertúra fotometriával meghatározott magnitudó értékek 7

Az adatok szűrése az alábbi metódus alapján történt: Meghatározzuk a (data-fit)/error értékeket, azaz a pontoknak az illesztett egyenestől való eltérésük és a pontok hibájának a hányadosát az alábbi módon: y f(x) ( y)2 + ( x f (x)) 2 Meghatározzuk a (data-fit)/error eloszlás szórását Kiválasztjuk azon pontokat, amik eltérése 3σ-n belül van Megillesztjük újra az egyenest Ezek után ezt az eljárást addig ismételjük, amíg a program már nem szűr ki egy pontot sem A szűrés után az adatpontok száma 813-ra csökkent, az így elkészített magnitudó ábrák a 6. ábrán láthatók. 6. ábra. A magnitudó ábrák a (korreláció a mért és az elméleti között és az illesztéstől való eltérések) a szűrés után. Az egyenes illesztés jelentősen javult az alkalmazott szűrés után. illesztett egyenesek az alábbiak: A két esetben m sdss = (6.428 ± 0.157) + (0.770 ± 0.013) m f (1) m korrigált sdss = (3.681 ± 0.054) + (0.993 ± 0.004) m korrigált f (2) 8

4. Összefoglalás A mérés során megismerkedtünk a piszkés-tetői obszervatóriummal, illetve az ott található távcsövekkel, műszerekkel. Betekintést nyertünk az asztrofizikai képfeldolgozás alapjaiba az IRAF, illetve a ds9 programcsomag használatán keresztül: elvégeztük egy CCD kép részletes korrigálását és sikeresen azonosítottunk rajta csillagokat az SDSS adatbázis segítségével, valamint elvégeztünk egy magnitudó kalibrációt. Ezúton köszönjük az útmutatást és segítséget Vinkó József mérésvezetőnek, és a piszkés-tetői obszervatóriumnak, hogy a körülményeket biztosították. Hivatkozások [1] http://www.konkoly.hu/staff/racz/piszkesteto.html [2] Fűrész Gábor, Meteor Csillagászati Évkönyv (2002) [3] http://skyserver.sdss.org/dr12/en/tools/chart/navi.aspx [4] http://ned.ipac.caltech.edu/ 9