Estrazione del profilo spettrale con Visual Spec

[Paolo]

Riprendo una citazione di Davide per avviare un nuovo topic sull'argomento. In questo modo penso sia piu' facile da rintracciare.

Davide ha scritto:

Uno dei problemi che ho incontrato per analizzare lo spettro della Supernova era nella visualizzazione del suo profilo,
l'immagine (media di 20 o 30 riprese da 60 secondi) che andavo a caricare in VSpec mi dava un profilo quasi piatto nonostante fosse ben contrastato...

E' piu' semplice di quanto sembri! Anche se, non facendo alcuna prova, capisco che si puo' incappare nel problema che dici. Il profilo appare piatto per una questione di scala. Le informazioni (variazioni di intensita') ci sono tutte ma sono compresse. Potresti aggiustare i valori min/max della scala delle ordinate per riavere lo spettro perfettamente "aperto" in altezza ma non e' questa la via giusta per risolvere il problema in quanto se ne presenterebbero altri piu' gravi nel corso dell'elaborazione.

Al momento dell'estrazione, qualunque spettro si deve "stagliare" su un fondo di valore medio pari a zero. In altre parole non deve esserci un offset come quello introdotto dalla camera CCD o dal fondo cielo. Sono certo che lo schema che segue ti chiarira' il concetto:

I tre casi sono relativi a:

- spettro bidimensionale grezzo (una semplice media dei subframes), senza sottrazione del master dark (o di un master bias). Il background medio vale 2200 ADU.

- spettro a cui e' stato sottratto il master dark. Il background medio vale 820 ADU.

- spettro a cui e' stato sottratto il fondo cielo. Il background medio vale 0 ADU.

Osserva il risultato (profilo) che Visual Spec fornisce nei tre casi, subito dopo l'estrazione, senza fare alcun intervento.

Se leggi i valori sull'asse delle ordinate, noti come nel primo caso ci sia un "piedistallo" (offset) molto grande. Nel secondo e' inferiore ma e' ancora presente mentre nel terzo e' scomparso. I valori sono proporzionali al background in ADU indicato.

Volendo analizzare la composizione del piedistallo possiamo dire che il contributo maggiore e' l'offset proprio della camera (circa 1380 ADU nel mio caso, con altre marche di CCD puo' essere diverso). L'offset della camera e' automaticamente rimosso quando si sottrae il master dark. Ma con gli spettri non basta sottrarre il dark. Il pretrattamento standard che fa uso di dark, flat, bias, mappa cosmetica ecc, non e' sufficiente a togliere l'altra parte del piedistallo. Rimane infatti ancora il fondo cielo, ovvero la sua luminescenza dovuta principalmente all'inquinamento luminoso e, nel caso di questa supernova, anche la luce della galassia che inevitabilmente disturba un po' la zona in cui si trova lo spettro.

La sottrazione del fondo cielo e' l'operazione che rende un frame, gia' pretrattato in modo standard, idoneo all'estrazione del profilo spettrale. Per fare questo io uso il software IRIS con il comando L_SKY3. Il risultato e' uno spettro che sfuma su una zona periferica che ha un valore medio di circa zero. Siccome introduce un certo numero di pixel con valore inferiore a zero nel fondo, e' importante salvare lo spettro 2d in formato PIC e non FIT (fai la prova e vedi che succede!).

Con strumenti a fenditura la sottrazione del fondo cielo e' un'operazione vitale perche' elimina anche tutte le emissioni di lampade artificiali e atmosferiche che non c'entrano nulla con lo spettro del target.

Prima dicevo che non e' solo una questione di visualizzazione. Infatti, un profilo ottenuto da uno spettro 2d con l'offset non puo' essere utilizzato per operazioni matematiche come quelle ad esempio di divisione per correggere la risposta strumentale. I risultati sarebbero alterati, completamente sballati se si lascia un offset cosi' grande come quello dei primi due casi nell'esempio sopra. Per fare un analogo con la fotografia digitale tradizionale, e' come se si provasse a dividere il light frame grezzo direttamente per il master flat, senza considerare dark e bias (anche qui puoi provare!).

Ecco un altro esempio che mostra come, includendo l'ordine zero, le cose non cambino. Lo spettro finale e' un po' piu' "schiacciato" ma solo per la presenza del picco sulla sinistra. Basta effettuare un crop in modo da escluderlo per tornare alla visualizzazione ottimale.

A proposito, occhio a non saturare la stella in ordine zero se questo verra' usato come punto di calibrazione in lunghezza d'onda. Altra raccomandazione e' quella di non oltrepassare i 32K sui valori ADU con Visual Spec. Si avrebbe uno "schiacciamento" di tutto cio' che supera tale valore. La cosa difficilmente riguarda lo spettro della supernova (troppo debole), ma potrebbe verificarsi con la stella di riferimento, solitamente abbastanza luminosa.

Mi fermo qui, se vuoi possiamo continuare con qualcosa di specifico, procedendo magari passo passo con un esempio a tua discrezione.

Ciao ciao
Paolo

[Davide]

Ciao Paolo,
sei stato chiarissimo,
ho provato quel comando di Iris e come per incanto il profilo è resuscitato, ecco come si apre lo spettro (da calibrare) del 24/09/2011

se penso a quanto ci avevo smanettato sopra senza risultati...
Quando Iris ha chiesto di selezionare 4 punti ho cliccato sul fondo cielo, ho fatto giusto?

Oltretutto di solito non riprendo nemmeno i Dark ma solo i Flat,
e la stella di riferimento per calibrare Astrospectrum era Vega (saturata)
mi rendo conto ora che il primo approccio con la spettroscopia è stato affrontato con molta superficialità...

E' buona l'idea di continuare con gli esempi, però con qualcosa di facile,
mi piacerebbe analizzare con VSpec lo spettro della stella Denebola, è uno spettro molto bello, con righe di Balmer molto profonde,
appena metto il VMC sulla montatura lo riprendo e poi vediamo cosa viene fuori.

Grazie
Davide

[marcoleo]

Ciao Davide,

Quando Iris ha chiesto di selezionare 4 punti ho cliccato sul fondo cielo, ho fatto giusto?

a me mi hanno consigliato di prendere due punti sopra lo spettro e due punti sotto lo spettro. Tutti e 4 i punti devono avere lo stesso valore di X.

Per il resto ho visto che Paolo ti ha risposto in modo perfetto! Avanti tutta !

Ciao,
Marco

[Paolo]

Ottimo Davide! Sono felice per il tuo rapidissimo risultato positivo!

Non ho capito se hai fatto preventivamente la sottrazione del dark oppure sei passato direttamente a quella del fondo cielo. In questo caso occhio ai pixel caldi, ovvero assicurati che non ce ne siano (almeno a vista) lungo lo spettro. Se ci fossero devono essere corretti con il valore medio dei pixel adiacenti altrimenti potresti avere false emissioni. Una alternativa, utilizzando sensori "puliti" come i Sony, e' l'uso del filtraggio "median 3x3" con parametro basso (usi Astroart?) ma e' ovvio che la cosa migliore e' pretrattare con dark e flat.

Confermo quanto dice Marco, due punti sopra e due sotto rigorosamente nel fondo cielo, con quelli centrali piu' vicini possibile allo spettro facendo attenzione a non includere la sua luce. Questi delimitano due fasce (superiore e inferiore), larghe quanto la distanza in verticale tra i punti, in cui vengono calcolate per colonna i dati statistici del fondo. Consiglio di non usare fasce sottili (punti molto ravvicinati lungo la coordinata Y) per non limitare la statistica.

Ho fatto delle prove e mi sembra che il valore x diverso (nella scelta dei punti) non cambi il risultato. Invece ho notato che l'ordine di selezione impatta sul risultato. E' strano perche' sul manuale di IRIS e' menzionato che non dovrebbe ("The click order of the points is not critical"). Cio' e' scritto per il comando L_sky2 e in effetti ho visto che l'ordine e' ininfluente. Per L_Sky3 non e' menzionato ma ho verificato che invece il risultato cambia. Io consiglio di procedere per sicurezza di selezionare da sopra a sotto lo spettro, in sequenza.

Ottima la scelta di partire da un target non difficile. Denebola va benissimo. Essa stessa puo' essere una stella di riferimento per il continuo noto e le righe di Balmer da utilizzare per la calibrazione in lunghezza d'onda. In casi come questo, ideali per iniziare, si puo' fare a meno di riprendere un altra stella di riferimento, saltando uno step nel processo di elaborazione. Un passo alla volta...

A presto
Paolo