Réduction automatique des spectres avec le Pipeline 2a d'SpcAudace

Réduction automatique des spectres
avec le Pipeline 2a

SpcAudace

L'archive des spectres utilisés dans ce tutoriel est téléchargeable ici.

Vidéo du traitement des spectres stellaires haute résolution (pipeline n°2a)

Cliquer sur l'icône d'expansion en bas à droite pour agrandir la vidéo.

1. Configuration et réglages préliminaires

Régler le répertoire des images :
Ouvrir le menu configuration puis sélectrionner Répertoires.
Naviguer dans le disque dur en cliquant sur "..." pour choisir le répertoire de où se trouve toutes les images de la nuit.

Attention : tous les fichiers de la nuit doivent nécessairement se trouver dans le répertoire des images : spectres bruts, noirs des spectres, plus, noirs des plus, offsets s'il y en a, spectres de lampe de calibration.
Lancer la Visionneuse bis pour avoir une d'ensemble des fichiers :

En cliquant sur les fichiers, ils sont affichés. On peut aussi passer d'une image à l'autre avec les touches Haut et Bas du clavier.
Réglager les seuils :
Ajuster les seuils de manière à pouvoir discerner la présence de cosmics et les raies telluriques dans le continuum.

Il est conseiller de déverouiller l'ajustement automatique des seuils. Cliquer sur le bouton "..." à gauche des ascenseurs de réglage des seuils de la fenêtre Audela :
Inspecter les spectres bruts pour effacer ceux de trop mauvaise qualité :

2. Lancement du pipeline de réduction automatique des spectres

Nous allons traiter les spectres de zeta Tau, une brillante étoile Be de la constellation du Taureau.

Lancer SpcAudace :
Le raccourci vers SpcAudace se trouve dans le menu Analyse d'Audela.
Lancer la fenêtre du Pipeline n°2a pour la réduction automatique des spectres de la nuit :
Aller dans le menu Pipelines de la fenêtre SpcAudace, puis cliquer sur "Pipeline 2a". La fenêtre du "Pipeline 2a" apparaît :

3. Renseigner le formulaire du pipeline n°2a

Nom du spectre 2D de la lampe de calibration :
Pour calibrer les spectres, on a réalisé une prise de néon en début et en fin de la série de spectres. Choisir le fichier n°1 du néon en cliquant sur "....", ici : "ne_zet_tau-1.fit".
Si un seul néon a été pris, choisir alors son fichier.
Nom générique des spectre bruts :
Comme l'étoile étudiée est zeta Tau, le nom utilisé lors des acquisitions est : zet_tau-1.fit, zet_tau-2.fit et zet_tau-3.fit. Le nom générique à saisir est donc : "zet_tau-".
Nom générique des noirs :
De la même manière avec les noirs (ou darks), ici ou aurait : d2400t-1.fit, d2400t-2.fit, d2400t-3.fit. Dans ce cas, le noir maître sera calculé par somme médiane.
Mais si nous possédons le noir maître, nous pouvons le saisir directement : "d2400t--smd3.fit".
Nom générique des plu(s) :
Les fichiers des plu (ou flats) sont ici nommés : f2400t-1.fit, f2400t-2.fit et f2400t-3.fit. Saisir alors le nom générique "f2400t-".
Nom générique des noirs de plu :
Comme pour les noirs des images bruts, on saisi soit le nom générique soit le nom du noir maître : "df2400t--smd3".
Nom générique des offsets :
Si vous utiliser des bias (ou offsets), rentrer le nom générique. Sinon, laisser "none".
Spectre 1D de la réponse instrumentale :
Pour corriger de la sensibilité spectrale du capteur CCD, on divise le profil de raies par la réponse instrumentale obtenue avec le Pipeline n° 1. Cette opération est optionnelle mais vivement conseillée. On peut donc laisser ce champ vide si l'on a pas réalisé la réponse instrumentale de son ensemble spectrgraphe-capteur CCD. Sinon, cliquer sur "...." pour choisir le fichier de la réponse instrumentale au format FITS qui doit se situer dans le même répertoire :

4. Options de calcul du pipeline

Le réglage par défaut des options des pipelines d'SpcAudace permet de satisfaire la majorité des cas rencontrés en spectrographie. Il est rare de devoir les modifier, surtout en haute résolution. La description qui suit est donc principalement indicative.

Sélection manuelle d'une raie pour la géométrie :
o(oui) ou n(non) selon que l'on veuille ou non laisser la détection automatique de la raie la plus centrale du spectre de la lampe de calibration. Si oui est choisi, il faudra encadrer la raie la plus centrale du spectre de lampe qui sera alors affiché. Cette raie sélectionnée sert pour la correction du smilex des spectres.
Calibration avec plusieurs spectres de lampe :
Pour mieux gérer encore les déformation mécaniques du spectrographe, il est conseillé de prendre un spectre de lampe de calibration en début et en fin de série. Ici, les spectres ne_zet_tau-1.fit et ne_zet_tau-2.fit ont été enregistrés. Dans ce cas, laisser l'option "o" (oui) cochée par défaut.
Calibration supplémentaire avec les raies telluriques :
Si le spectre est suffisamment résolu et que l'humidité de la soirée était suffisante, des raies telluriques persèmeront le continuum de vos spectres. Une calibration en longueur d'onde plus précise pourra être réalisée automatiquement si l'option "o" (oui) est laissée.
Normalisation :
Plusieurs actions sur le continuum sont possibles pour permettre une compairons aisée des spectres du même objet :
- "o" (oui) : une normalisation par extraction automatique du continuum et division du profil de raies sera effectuée.
- "e" (émission) : se base sur la principale raie d'émission pour normaliser le profil de raies.
- "a" (absorption) : se base sur la principale raie d'absorption pour normaliser le profil de raies.
- "r" (rescale continuum) : une mise à l'échelle du continuum par division par une constante est réalisée. C'est l'option la plus prudente et la plus confortable car elle ne modifie pas le continuum. Elle est cochée par défaut.
- "n" (non) : aucune opération de normalisation sera réalisée.
Inversion gauche-droite des profils :
Par convention, le côté bleu du spectre se trouve vers la gauche. Si votre caméra CCD est montée à l'envers sur le spectrographe, les spectres seront inversés. Il faudra donc choisir "o" (oui). Sinon, laisser le réglage par défaut.
Retrait des cosmics :
Lorsque les spectres bruts sont parsemés de beaucoup de cosmics, leur retrait preque total peut être réalisé si cette option est choisie sur "o". Mais le SNR du spectre final sera un peu diminué. On préférera la fonction spc_scar, davantage sélective.
Export au format BeSS :
Ouvrira la fenêtre d'exportation au format de la base de données BeSS à la fin du pipeline.
Export vers un graphique au format PNG :
Ouvrira la fenêtre d'exportation vers un graphique au format PNG à la fin du pipeline. Le graphique PNG pourra être inséré dans une page web ou envoyé par email. Son titre est automatiquement complété avec les information présentes dans l'entête du fichier FITS. Elles seront modifiables à souhait dans cette interface.

Cliquer sur "OK" pour lancer la réduction complète des spectres.
Le pipeline commence par déterminer la correction du smilex en redressant les raies de la lampe de calibration :

Ensuite, il effectue le prétraitement des fichiers bruts et avant la suite des calculs, affiche une fenêtre pour la calibration en longeur d'onde. Ceci permet de ne soliciter l'utilsateur qu'au début du pipeline et réalise tous les calculs seulement après.

5. Calibration en longueur d'onde

Si aucun fichier nommé "lines_file.txt" est présent dans le répertoire de travail pour une calibartion automatique, alors la fenêtre de calibration manuelle s'ouvre.

À cette étape, le profil de raies non calibré du spectre de la lampe de calibration est affiché dans la fenêtre SpcAudace :

Pour aider au repérage des raies néon, la lampe utilisée dans le LHIRES3, un spectre anoté du néon est chargé dans la Visu 1 d'Audela :

Il est alors aisé de procéder à la reconnaissance des raies présentes dans notre spectre en recherchant la même suite de raies autour de Halpha et ayant des intensités chacune comparables aux notres. Ici, on doit trouver 3 raies d'intensité croissantes et qui se suivent autour de Halpha. Vous reconnaîtrez les raies à 6532.93 A, 6598.95 A et 6678.28 A.

Il ne reste plus qu'à associer la bonne longueur d'onde aux coordonnées en pixels repérées automatiquement par SpcAudace dans la fenêtre de calibration :

En cliquant sur la petite flèche dirigée vers le bas, à droite des cases vides des lignes "Longueur d'onde associée à la raie n°...", vous pouvez faire défiler les longueurs d'onde précises de chaque espèces chimiques existantes. "NeI" correspond au néon. En utilisant les valeurs précises des longueurs d'onde disponibles dans la bibliothèque, la calibration gagnera en précision.

Si une des raies de la lampe de calibration n'est pas détectée, il est possible de rentrer au clavier la valeur de la coordonnée en pixels d'une raie que l'on repèrera avec la souris en zoomant dans la fenêtre SpcAudace.

Il est impératif de laisser vide la valeur en longueur d'onde des raies trouvées par erreur et qui ne seront pas utilisées.

À la fin, seules les raies repérées au coordonnées 1386.137 pixels, 684.057 pixels et 121.0 pixels doivent être renseignées. Les coordonnées en pixels varient légèrement lors des différentes executions du pipeline. Ceci provient des légères différences issues des corrections géométriques automatiquement réalisées car le pipeline s'adapte à chaque cas de figure, qui sont plus ou moins différents selon les déformations mécaniques sur spectrographe.

Le degré du polynome décrivant la loi de calibration dépend du nombre de raies choisi :

Avec 2 raies (le minimum) : le polynome calculé sera de degré 1.

Avec 3 raies : le polynome calculé sera de degré 2.

Avec 4 raies et plus : le polynome calculé sera de degré 3.

La loi de calibration est mémorisée dans des mots clef de l'entête FITS :

Calibration non linéaire : SPC_A, SPC_B, SPC_C et SPC_D pour λ=a+b*x+c*x²+d*x³.

Calibration linéaire : CRVAL1 et CDELT1 pour λ=CRVAL1+CDELT1*x.

Pour tenir compte du pixel de référence mémorisé dans CRPIX1, on a : x=position-CRPIX1 (CRPIX1 est le mot clef définissant le pixel de référence).

Dans la suite du pipeline, la loi de calibartion sera automatiquement linéarisé pour rendre le profil de raies lisible par tous les logiciels.

Cliquer sur "OK" pour lancer la suite du pipeline qui procédera à la réduction des spectres juqu'à l'obtention du profil de raies final de niveau 2b.

6. Exécution du pipeline

Les calculs effectués par le pipeline sont affichés dans la console d'Audela au fur et à mesure de l'avancement des étapes de traitement. Les traitements successivement effectués sont :

Prétraitement des spectres bruts.

Corrections géométriques :

Redressement du smilex.

Redressement du tilt.

Appariement vertical.

Appariement horizontal si 2 néons sont disponibles.

Somme simple des spectres 2D.

Extraction du fond de ciel.

Binning pour l'obtention du profil de raies.

Application au profil de raies de zet Tau de la loi de calibration mémorisée dans le profil de raies du néon.

Division par la réponse instrumentale.

Linéarisation de la loi de calibration.

Affichage du spectre final dans la fenêtre SpcAudace.

La fin du pipeline affiche le spectre final corrigé de la RI (niveau 2b calo) de zeta Tau :

Un bilan de la qualité de la calibration et des fichiers générés est affiché dans la console :

Les produits finaux sont stockés dans le répertoire de travail. On pourra y trouver les fichiers suivant selon les options choisies dans le pipeline :

zet_tau--profil-final-ocal : profil de raies de l'étoile avec toutes les options appliquées, dans notre exmple, le continuum est mis à l'échelle 1 localement et une calibration à l'aide des raies telluriques est réalisée (-ocal suffixe) ;

zet_tau--profil-2b-ocal : c'est le fichier original de celui décrit ci-dessus ;

zet_tau--profil-2b : profil de raies avec le continuum mis à l'échelle localement ;

zet_tau--profil-1c : profil de raies corrigé de la réponse instrumentale ;

zet_tau--profil-1b : profil de raies calibré en longueur d'onde à l'aide de la lampe de calibration ;

zet_tau--profil-1a : profil de raies non calibré ;

zet_tau--spectre2D : spectre 2D issu de la somme en 32 bits des 3 spectres prétraités de zet Tau et corrigés des déformations géométriques.

7. Vérification de la qualité de la calibration en longueur d'onde

Il est possible d'avoir une bonne idée de la qualité de la calibration en superposant le spectre des raies telluriques à notre spectre traité. Aller dans le menu Calibration, puis cliquer sur "Superposer le profil de raies de l'eau" :

Il faut alors choisir le fichier sur lequel superposer les raies telluriques :

Le profil de raies du spectre tellurique s'adapte automatiquement à l'intensité du continuum de notre spectre dans la fenêtre d'SpcAudace :

On peut zoomer sur les raies à droite de la raie Halpha en émission pour mieux de se rendre compte :

On revient au zoom initial en cliquant droit dans la fenêtre SpcAudace. Puis, de la même manière, on zoom sur la partie gauche de la raie Halpha :

Les raies telluriques présentes dans notre spectre se superposent bien avec les raies su spectre tellurique de laboratoire. La calibration est très correcte.

Par ailleurs, un calcul de la qualité de la calibration est effectué et les résultats sont mémorisés dans l'entête du fichier FITS avec les mots clef suivants :

SPC_RMSO : la valeur RMS basé sur les raies telluriques ; il dépend du SNR et du choix interne des raies telluriques utilisées.

SPC_MDEC : la valeur moyenne du décalage entre les raies telluriques de la boratoire et celles présentes dans notre spectre ; cette valeur est davantage significative.

SPC_CALO : le nom de la méthode utilisée pour la correction de la calibration avec les raies telluriques.

SPC_RESP : le pouvoir de résolution mesuré sur les raies du spectre de la lampe de calibration.

8. Export vers un graphique au format PNG

À la fin du pipeline, la fenêtre d'exportation vers un graphique PNG s'est ouverte. Il ne reste plus qu'à compléter les légendes si elles ne le sont pas déjà grâce aux renseignements pris dans l'entête du fichier FITS.

Généralement, on a seulement à compléter le nom du spectrographe utilisé et à corriger le nom de l'étoile si nécessaire :

Le fichier PNG généré est affiché dans la Visu 1 d'Audela avec son titre automatiquement complété :

Une autre fenêtre apparaît après, celle de l'exportation au format BeSS.

9. Exportation au format BeSS

Après avoir vérifié la qualité de la calibration et qu'aucune anomalie était présente dans le spectre de zeta Tau, on peut la poster dans la base de données BeSS pour participer à la colaboration amateur-professionnelle sur les étoiles Be en remplissant le formulaire de cette fenêtre :

Il faut alors :

Rentrer le nom correct de l'étoile (ex. : alp Gem, del Sco) : "zet Tau".

Choisir l'instrument dans le menu déroulant accéssible avec la flèche dirigée vers le bas. L'instrument doit avoir été enregistré dans votre compte BeSS.

Choisir le site d'observation dans le menu déroulant. Le site d'observation doit avoir été enregistré dans votre compte BeSS.

Choisir le nom de l'observateur s'il n'est pas déja complété. Votre nom d'observateur doit avoir été enregistré dans votre compte BeSS.

Lors de la première utilisation de la fenêtre d'exportation au format BeSS, il faut éditer vos informations grâce au bouton "Editer les configs".

Une fois les champs remplis, enregister les modifications. Le spectre final possède le préfixe "bess_". Il est temps de poster le spectre sur site web de BeSS. Cliquer sur "Web BeSS". La page web est alors chargée dans votre navigateur web :

Il suffit alors de rentrer son identifiant ainsi que son mot de passe pour téléverser son spectre.

Le traitement est terminé. Il est alors possible de passer au traitement du spectre suivant !