Espectroscopia: Ejemplos. Imágenes de banda angosta

Transcripción

1 Espectroscopia: Ejemplos Meaburn, J. et al. 1984, MNRAS, 210, 463 Schroeder, D. J. 1970, PASP, 82, 1253 Walker, G. 1987, Astronomical Observations, Cambridge U. Press (Cambridge: UK) 2.jpg March 27, 2017 Michael Richer 1 Imágenes de banda angosta la nebulosa planetaria PN5 en la galaxia NGC 205 espectro Filtro en la línea Filtro del continuo Imágenes de banda angosta son la forma más sencilla de espectroscopia. Los filtros de banda angosta tienen un ancho de Å y aíslan la emisión de algún rasgo espectral que uno quiere observar. March 27, 2017 Michael Richer 2

2 Ejemplo: imágenes de banda angosta espectro imagen en la línea imagen en el continuo diferencia de las dos imágenes objetos interés, nebulosas planetarias en este caso March 27, 2017 Michael Richer 3 Los elementos de un espectrógrafo Un espectrógrafo se conforma de una rendija un colimador (lente o espejo, convierte el haz divergente del telescopio en haz paralelo) un elemento dispersor (usualmente una rejilla de difracción) una cámara (para enfocar el haz paralelo) un detector 3/27/17 Michael Richer 4

3 Funcionamiento de un espectrógrafo Se selecciona el objeto a observar posicionándolo en la rendija. Normalmente, la rendija está aluminizada y hay una cámara que permite observar cuando el objeto desaparece en la rendija. Se ajusta la anchura de la rendija según el brillo del objeto y las necesidades del programa científico Se elige la rejilla en función de la resolución espectral requerida y la eficiencia de las rejillas disponibles. Se ajusta la inclinación de la rejilla para seleccionar el rango espectral necesario. En el diagrama, el objeto es una nebulosa con una estrella central. La parte seleccionada es la que NO se ve reflejada en la rendija: dos pedazos de la cáscara y la estrella central. March 27, 2017 Michael Richer Boller & OAN-SPM Howell( 2000, Handbook of CCD Astronomy (Cambridge University Press: Cambridge, 5 UK), originalmente de Pogge 1992 La rendija La rendija determina lo que se observará, porque es el único área del cielo visto por el instrumento. La rendija está en el plano focal del telescopio. La rendija puede tomar distintas formas: ninguna apertura un par de navajas que conforman una apertura rectangular una máscara con varias aperturas fibras ópticas (cada una es una apertura circular) mallas de lentes (lenslet arrays) un rebanador de imagen (espejo segmentado que recorta y refleja distintas partes del plano focal) 3/27/17 Michael Richer 6

4 Las imágenes producidas por un espectrógrafo Qué ve un espectrógrafo? Ve el área del cielo que pasa por la rendija. Las imágenes: El espectrógrafo produce una imagen del área del cielo que pasa por la rendija en todas las longitudes de onda. Las imágenes en distintas longitudes de onda aparecen una al lado de la otra. 3/27/17 Michael Richer 7 Espectroscopia multi-objeto: prisma objetiva KISS survey: PI John Salzer Espectroscopia prisma objetiva: La prisma se encuentra en la apertura del telescopio. Produce un espectro para cada imagen en el campo. Es espectroscopia sin rendija. Para limitar la extensión de los espectros y obtener más espectros sin que se traslapen, se utilizan filtros, usualmente en frente del detector (los espectros resultan más pequeños/cortos). March 27, 2017 Michael Richer 8

5 difuso Espectroscopia multi-objeto: prisma objetiva KISS survey: PI John Salzer continuo l línea de emisión Espectroscopia prisma objetiva: La prisma se encuentra en la apertura del telescopio. Produce un espectro para cada imagen en el campo. Es espectroscopia sin rendija. Para limitar la extensión de los espectros y obtener más espectros sin que se traslapen, se utilizan filtros, usualmente en frente del detector (los espectros resultan más pequeños/cortos). March 27, 2017 Michael Richer 9 Espectroscopia SIN rendija Se puede utilizar los espectrógrafos sin rendija. En este caso, la rendija efectiva tiene una anchura que es dada por la calidad de imagen. Se obtienen imágenes monocromáticas del objeto de interés. Usualmente, la técnica es más provechosa a baja resolución espectral (como aquí). Así, no se mezcla la información estructural (forma del objeto) con la información cinemática (como se mueven las partes del objeto). eje espacial eje espacial imagen estrella central nebulosa espectro eje espacial eje espectral Stanghellini et al. 2003, ApJ, 596, 997 March 27, 2017 Michael Richer 10 eje espacial

6 Espectro de rendija larga En la imagen, se ven espectros de varias estrellas: Tienen emisión a todas longitudes de onda (todo el eje espectral). Son compactos espacialmente. líneas (y bandas de líneas) del cielo: Se ven a ciertas longitudes de onda (espectro de línea de emisión). Se extienden sobre toda la longitud de la rendija (eje espacial). Líneas del cielo = imágenes de la rendija Espectros estelares eje espacial eje espectral March 27, 2017 Michael Richer 11 Espectroscopia de rendija larga Este es un espectro de alta resolución de la nebulosa planetaria NGC Se ve la imagen, la imagen con la posición de la rendija sobrepuesta y el especro. Como es un objeto extendido, su espectro es extendido espacialmente. Es un espectro de líneas de emisión (hay señal solamente a ciertas longitudes de onda). Cada línea de emisión es resuelta, revelando la estructura cinemática de la parte del objeto que cae en la rendija. Se ven también líneas del cielo y varias estrellas débiles, además de reflejos. imagen del objeto imagen del objeto espectr o Ha [N II] reflejos rendija del espectrógrafo líneas del cielo March 27, 2017 Michael Richer estrellas débiles 12

7 Espectroscopia multi-objeto: multi-rendija En este caso, se diseña una máscara para el plano focal (izq.). La máscara tiene aberturas (rendijas en verde) en las posiciones de los objetos de interés. Uno obtiene un espectro ( mini rendija larga ) para cada objeto (der). Cada rebanada es un objeto distinto. Debido a que las rendijas tienen posiciones horizontales distintas, la cobertura espectral variará de un objeto a otro (ver las líneas del cielo; bandas verticales en muchos espectros). rendijas March 27, 2017 Michael Richer líneas del cielo = imágenes de la rendija 13 Espectroscopia multi-objeto: multi-fibra En un espectrógrafo multi-objeto de fibras ópticas, se posicionan fibras ópticas en posiciones fijas (izq.) o en las posiciones de los objetos (der.), lo cual requiere que se tomen imágenes antes de hacer la espectroscopia. Usualmente se dedica una fracción de las fibras a la medición del cielo. (izq.): Bershady et al. 2004, PASP, 116, 565 (der.): SLOAN image credit: Thomas Nash March 27, 2017 Michael Richer 14

8 Espectroscopia multi-objeto: multi-fibra El otro extremo de cada fibra forma parte de una pseudo-rendija. En este caso, los espectros están alineados en longitud de onda. En comparación con los espectrógrafos multi-rendija, es más difícil hacer una sustracción precisa del cielo, porque el cielo viene de otra parte/fibra/abertura. También, la transmisión, tanto absoluta como su variación espectral, puede variar de una fibra óptica a otra. (izq.): Bershady et al. 2004, PASP, 116, 565 (der.): Bershady et al. 2005, ApJS, 156, 311 March 27, 2017 Michael Richer 15 Espectroscopia integral de campo: image slicers/rebanadores de imagen En este caso, se reemplaza la rendija por un conjunto de espejos, cada uno desviado un poco con respecto a los demás. El ancho de cada cara define el tamaño de la rendija. Se utiliza un conjunto de espejos para alinear las rebanadas resultantes en una pseudorendija como en el caso de espectrógrafos multi-fibras. Uno termina con un conjunto de espectros al estilo de multi-rendijas, pero ahora cubren cada punto del campo original. Se puede construir espectros de objetos individuales o imágenes monocromáticas. Eikenberry et al. 2006, NewAR, 50, 365 March 27, 2017 Michael Richer 16

9 Espectroscopia integral de campo: image slicers/rebanadores de imagen En este caso, se reemplaza la rendija por un conjunto de espejos, cada uno desviado un poco con respecto a los demás. El ancho de cada cara define el tamaño de la rendija. Se utiliza un conjunto de espejos para alinear las rebanadas resultantes en una pseudorendija como en el caso de espectrógrafos multi-fibras. Uno termina con un conjunto de espectros al estilo de multi-rendijas, pero ahora cubren cada punto del campo original. Se puede construir espectros de objetos individuales o imágenes monocromáticas. caras individuales = espejos planos inclinados Eikenberry et al. 2006, NewAR, 50, 365 March 27, 2017 Michael Richer 17 lámina de una plática de Beto López luz del telescopio rebanador de imagen (plano focal) pseudo-rendija 18

10 Espectroscopía integral de campo: Interferometría Fabry-Perot Veremos este caso aparte. El resultado final consta de imágenes monocromáticas o de espectros de objetos individuales, usualmente de alta resolución espectral. March 27, 2017 Michael Richer 19 Espectrógrafos échelle Se puede clasificar los espectrógrafos según la manera que se iluminan sus rejillas: espectrógrafos normales : se ilumina la cara larga de los escalones de la rejilla. espectrógrafos échelles : se ilumina la cara corta de la rejilla. Wheeler 1973 Schroeder 1970 Izq.: espectrógrafo normal Arriba: espectrógrafo échelle March 27, 2017 Michael Richer 20

11 Espectrógrafos échelle échelle = escalera en francés Son espectrógrafos que con frecuencia tienen dos rejillas de difracción. (Cuando tienen solamente una rejilla, utilizan un filtro en lugar de la segunda rejilla.) Se iluminan las caras cortas de la primera rejilla. Se iluminan las caras largas de la segunda rejilla. La segunda rejilla está orientada a 90 de la primera. La segunda rejilla se llama el dispersor cruzado. 3/27/17 Michael Richer 21 Espectrógrafos échelle izq.: los espectrógrafos échelle aprox. convencionales (dispersor cruzado) del satélite IUE. der.: el esquema óptico del espectrógrafo Mezcal del OAN-SPM (filtros aíslan el órden de interés). Walker 1987 Meaburn 1984 March 27, 2017 Michael Richer 22

12 Espectrógrafos échelle l aumenta l aumenta Espectro de una estrella. Cada traza es un orden. Los órdenes están dispersados perpendicular a su dispersión. La cobertura en longitud de onda es continua de un orden a otro. Las trazas débiles son el segundo orden del dispersor cruzado. March 27, 2017 Michael Richer 23