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Il mio primo "diagramma H-R"!

Il messaggio delle stelle nel flusso luminoso.

Messaggioda Paolo » 12 mar 2018, 20:47

Sebbene lo scopo dell'osservazione era un altro (verifica e parametri correttivi delle misure di magnitudine prese con un solo filtro fotometrico), la tentazione di provare a costruire un diagramma colore-magnitudine con le stelle dell'ammasso aperto M67 era troppo grande!

M67 rappresenta un banco di prova ideale per le calibrazioni fotometriche. Coloro che vogliono affinare le proprie misure di magnitudine ricavate grazie ai vari filtri, possono calibrare al meglio la propria strumentazione (composta da ottiche, filtri, camere,...) grazie all'osservazione di questo ammasso stellare. L'obiettivo e' quello di ricavare i cosidetti "coefficienti di trasformazione" la cui applicazione permette di correggere dei piccoli errori legati al diverso indice di colore dei soggetti osservati (quando target e stella di riferimento non sono di colore simile). Non sono esperto, quindi per qualsiasi approfondimento chiedete ai bravissimi colleghi (sul nostro forum ce ne sono tanti)! ;)

Per questa esperienza ho utilizzato il filtro fotometrico V (Baader) ed il filtro B della Astronomik. Quest'ultimo non e' standard, ovvero la sua curva di trasmissione e' sensibilmente diversa da quella di un filtro B nato per fare fotometria. Ho voluto ugualmente tentare perche' lo scopo non e' quello di fare misure precise in banda B ma solo di differenziare le stelle di colore diverso.

Il diagramma Hertzsprung-Russell (i nomi dei due astronomi che lo hanno indipendentemente ideato intorno al 1910) ha permesso di fare un salto enorme nella comprensione dell'evoluzione stellare. Senza entrare nei dettagli (approfondimenti qui), il diagramma H-R mette in relazione la luminosita' con la temperatura effettiva delle stelle.

Visto il legame tra luminosita' e magnitudine, tra temperatura, tipo spettrale e indice di colore, ci sono diverse varianti del diagramma H-R. Il diagramma che ho provato a ricostruire e' definito colore-magnitudine e mette in relazione la magnitudine V e l'indice di colore B-V. Quest'ultimo porta con se' degli errori dovuti alla misura della mag B poco precisa essendo il filtro usato non fotometrico, cio' nonostante sono rimasto meravigliato dal risultato che evidenzia molto bene come le stelle tendano a posizionarsi in specifiche aree del grafico.

M67_HR_colore.jpg

Nel grafico e' possibile riconoscere la sequenza principale, il suo "turn-off point" (il punto in cui la stella lascia la sequenza principale dopo aver esaurito il combustibile principale (idrogeno) ed il ramo delle giganti in cui si portano molte stelle dopo il turn-off. In un diagramma H-R i parametri del turn-off (luminosita' e temperatura) permettono di ricavare l'eta' dell'ammasso.

M67_HR_schema.jpg

Le stelle che formano l'amasso aperto M67 hanno la stessa eta' e il loro diverso posizionamento nel diagramma rappresenta l'attuale stadio evolutivo a valle di un percorso condizionato dalla massa iniziale di ciascuna di esse. M67 e' un ammasso relativamente vecchio, quindi abbastanza evoluto. Per questo sono presenti le stelle nella zona alta del diagramma, giganti rosse sulla destra e a sinistra stelle molto calde che hanno lasciato la sequenza principale. In basso troviamo le stelle nane ma non dire quanto abbia impattato la dispersione dei dati dovuta agli errori associati alle misure B e V (sono le stelle piu' deboli).

Un diagramma di questo tipo permette anche di stimare la distanza dell'ammasso mediante la cosiddetta "parallasse spettroscopica". E' necessario disporre di misure piu' precise ma appena possibile provero' comunque a ricavare la distanza con i dati a disposizione.

Un sintetica descrizione del procedimento impiegato per questa esperienza.

Strumenti utilizzati

- Telescopio Mak 90
- Camera CCD SXV-H9
- filtro fotometrico V (Baader)
- filtro fotografico blu della serie RGB Astronomik

Osservazioni dell'ammasso aperto M67 (svolte il 9 marzo 2018)

- 15 x 60s con filtro V
- 15 x 60s con filtro blu
- frame di calibrazione (dark, flat per V e B)

Riduzione dati (Astroart 6)

- pretrattamento standard
- calibrazione astrometrica B/V (UCAC 4)
- calibrazione fotometrica V (UCAC 4 Apass V)
- calibrazione fotometrica B (UCAC 4 Apass B)
- crop del campo centrato sull'ammasso (B/V)

M67_Mak90.jpg

Sui due frame V e B calibrati ho lanciato un processo di selezione automatica delle stelle basato su alcuni parametri tipici (intervallo FWHM, SNR minimo, ADU max). In ogni frame Astroart ha trovato circa 550 stelle che ho depurato manualmente di un certo numero di false "detection" e di stelle troppo vicine fra loro (interferiscono per la misura del segnale). Al netto, le misure valide sono diventate 523 per il frame V e 506 per il B.

AA_B_zoom2.jpg

Astroart genera automaticamente un elenco esportabile con i dati relativi alle stelle identificate. I piu' importanti sono naturalmente la magnitudine e le coordinate AR e DEC espresse in gradi decimali. Con un numero cosi' elevato di stelle il problema e' infatti come mettere in relazione i due insiemi V e B i cui elenchi presentano dati simili ma non uguali (nella tabella che serve per costruire il grafico dobbiamo riportare le magnitudini B e V di ogni stella).

AA_lista.jpg

Le coordinate forniscono l'elemento discriminante. Ho caricato gli elenchi in due fogli Excel ed ho creato un semplicissimo script in VBA che, per ogni stella dell'elenco V, trova la stella angolarmente piu' vicina presente nell'elenco B sulla base di AR e DEC. Il residuo sulla distanza (che teoricamente dovrebbe essere zero ma in pratica ha un valore misurabile in secondi d'arco o sue frazioni), e' stato usato per confermare la corretta identificazione. Questo processo ha ulteriormente scremato il numero dei campioni a 486 stelle (alcune deboli stelle si vedono nel frame V ma non nel B e viceversa, quindi non sono utilizzabili).

M67_Excel.jpg

Va considerato che nelle 486 stelle che hanno prodotto il diagramma, ci sono alcune stelle di campo, ovvero non appartenenti all'ammasso. Altre limitazioni per questa esperienza sono la focale del Mak90 relativamente corta la cui scala non consente di effettuare la fotometria di apertura di stelle particolarmente vicine. La piccola apertura inoltre non ha permesso di ottenere un buon SNR delle stelle piu' deboli e infine, non meno importante e gia' precisato sopra, non ho impiegato un filtro B fotometrico.

Sono convinto che la distribuzione caratteristica delle stelle nel diagramma colore-luminosita' (di questo ammasso come di altri) sia perfettamente rilevabile anche usando i filtri fotografici (es. B e G). Invito gli astrofotografi a ripetere un'esperienza simile per "assaggiare" un po' di fotometria usando i normali mezzi per le riprese del profondo cielo. Nel risultato finale potra' esserci un certo offset dovuto alle misure non standard ma la relazione colore-magnitudine dovrebbe essere evidente, specie usando telescopi piu' grandi del mio Mak90.

Consigli e critiche sono sempre graditi, spero di non aver commesso errori grossolani...

Sono a disposizione per qualunque chiarimento (nei limiti della mia modesta esperienza).

Paolo
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Messaggioda Giobatta » 12 mar 2018, 21:06

Ottimo lavoro Paolo, come sempre! Soprattutto perche' fatto direttamente sul campo. Io anni fa avevo fatto una cosa simile (confronto tra H-R di M5 M15 e M45) con i miei studenti, ma prendendo i dati gia belli e pronti da Vizier...
Ciao e complimenti ancora
Gianni
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M5-M45-M15 (2).jpg
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Messaggioda Fab » 12 mar 2018, 22:32

Gran bel lavoro Paolo.
Complimenti.
Riguardo al filtro B Astronomik (e al G che "corrisponde" al V) so per certo
che alcuni fotometristi del gruppo UAI-GRAV li usano per fotometria (ho avuto un nutrito
scambio di informazioni e dati al riguardo).
Con le dovute cautele e tenendo ovviamente conto del coefficiente di trasformazione.
Tra i prodotti commerciali non dedicati alla fotometria, sono quelli che hanno la curva
che più si avvicina allo standard UBV.
Solo il prodotto Astronomik e soltanto il B e il V (G).
Prodotti di altri costruttori anche blasonati e lo stesso R Astronomik sono inutilizzabili
in quanto hanno curve troppo diverse dallo standard UBV(R).

Non avendo M67 acquisibile ho effettuato in Dicembre diverse riprese di NGC7790 (elencato nel sito dell'AAVSO tra gli ammassi di riferimento fotometrici oltre ai campi di Landolt) sia in V che in R.
Purtroppo non ho avuto ancora tempo di ridurre i dati..... :ymblushing:

Fabrizio
Ultima modifica di Fab il 13 mar 2018, 7:40, modificato 1 volta in totale.
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Messaggioda Paolo » 12 mar 2018, 23:57

Gianni, Fabrizio, grazie per i vostri commenti incoraggianti!

Gianni, e' impressionante la finezza dei tuoi grafici con i dati Vizier. Gli ammassi globulari credo siano off-limit per la mia strumentazione (anche volendo usare il C9). Non saprei proprio come misurare la luce delle stelle cosi' vicine angolarmente evitando la contaminazione reciproca.

Molto significativa la distribuzione delle stelle dell'ammasso aperto M45 in cui c'e' assenza di stelle evolute (es. in giganti rosse) rispetto ad esempio a M67 (e ai globulari), ad indicare che l'ammasso delle Pleiadi e' costituito da stelle molto giovani. Incredibile, comunque, poter rilevare la differenza di eta' di un ammasso rispetto ad un altro con strumentazioni davvero modeste ed osservazioni cosi' rapide e semplici!

Fabrizio, grazie per la bella notizia del filtro B Astronomik, non lo sapevo. Non ho ancora rilevato la sua curva di trasmissione con lo spettrografo, comunque ho visto dai grafici sul web che la campana (in realta' un po' piu' di forma rettangolare) e' leggermente traslata in lunghezza d'onda rispetto al Bessel B. Evidentemente le due bande passanti non sono alla fine cosi' diverse.

Personalmente acquisterei anche il B fotometrico, ma poi devo aggiungere una ruota portafiltri (il Baader V ora e' fisso nel Mak 90) e relativo controllo remoto. La faccenda si complica un po' per una attivita' che viene svolta contemporaneamente alle riprese spettroscopiche.

Appena riesci, prova a tornare sui dati di NGC7790. E' un lavoro divertente e molto interessante. Se ricordo bene anche tu hai MPO Canopus... Io non riesco a trovare il tempo per apprendere il suo funzionamento. Probabilmente ha delle routine specifiche per osservazioni del genere. Con Astroart comunque ho impiegato pochissimo tempo per arrivare alla tabella da graficare. Accipicchia che pigrizia! :ymblushing: ;)

Paolo
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Messaggioda umberto » 13 mar 2018, 1:00

:-B =; Complimenti a voi per questa bellissima attivita'!.Paolo grazie per l'invito,ma non mi ritengo un buon astrofotografo e quindi desisto già a priori.Sono pienamente consapevole che la spettroscopia e la fotometria sono l'una correlata all'altra, ma per il momento mi accontento di praticare un po' la prima.Per me ottenere dei buoni risultati e'stato come scalare un muro altissimo ed ora sinceramente non ho più forze ne' volonta' per scalarne un altro.Auguro a voi giovani di continuare in questo interessantissimo simposio.Saluti
Umberto
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Messaggioda Fab » 13 mar 2018, 12:07

Umberto
con le tue conoscenze e la tua esperienza in spettroscopia, fare anche
fotometria è poco più "faticosa" di una piacevole passeggiata.

Paolo
Questo thread è stato molto istruttivo in merito all'uso di filtri non
standard in fotometria:

viewtopic.php?f=22&t=4281&hilit=Filtri&start=12

Fabrizio
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Messaggioda Paolo » 13 mar 2018, 12:39

Grazie Fabrizio. e' il procedimento che volevo usare per "ampliare" le possibilita' del V come singolo filtro. A questo punto faro' altrettanto anche per il B fotografico e correggero' tutte le misure (B e V) con i coefficienti di trasformazione. Vedremo se il diagramma verra' piu' preciso.

Grazie Umb, sei il soltito pigrone (piu' di noi)! ;)

A presto!
Paolo
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Messaggioda Fab » 13 mar 2018, 14:49

Per chi fosse interessato qui abbiamo una trattazione semplice e scorrevole

http://xoomer.virgilio.it/waphil/index.htm

di argomenti inerenti alla fotometria in generale ed al thread iniziato da Paolo.
Fab
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Messaggioda umberto » 13 mar 2018, 21:23

Grazie Fabrizio dell'info. Sotto ragazzi con la trattazione del link è tutto più facile.Umberto
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Messaggioda LFranco » 13 mar 2018, 22:11

Ciao Paolo,
bella esperienza di grande valenza didattica. Sarebbe davvero bello proporla nelle scuole, così come ha fatto Gianni.
Adesso veniamo ad alcuni argomenti affrontati nel post.

1. Qualche anno fa ho ottenuto il profilo spettrale dei filtri Astronomik (RGB) che oramai non utilizzo praticamente più. L'immagine che allego ne mostra i profili comparati con il filtro fotometrico Rc (Custom Scientific). I profili si avvicinano allo standard ... ma non sono lo standard fotometrico. Certo per mitigare le differenze diventa d'obbligo utilizzare i coefficienti di trasformazione calcolati su un campo standard (M67 va benissimo).

2. Per il calcolo del coefficienti di trasformazione (anni fa) avevo preparato un foglio di calcolo che usa stelle di riferimento del campo M67. Il foglio si può scaricare a questo indirizzo: http://digidownload.libero.it/A81_Obser ... i/Xfrm.xls
La metodologia utilizzata è la stessa di MPO Canopus (PhotoRed), così come viene spiegata nel libro di B. Warner "A Practical Guide to Lightcurve Photometry and Analysis" (edizione 2006).

Saluti
Lorenzo Franco
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RispostaFiltriAstronomik.png
Risposta dei filtri RGB Astronomik
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Messaggioda Paolo » 13 mar 2018, 22:56

Ti ringrazio Lorenzo, le vostre preziose informazioni (tue ma anche degli altri amici fotometristi) hanno rappresentato un fortissimo stimolo per me. Senza di queste credo che non avrei avuto modo di fare un'esperienza del genere.

Ho letto adesso il tuo post ma avevo gia' preparato le due trasformazioni tenendo a mente i concetti contenuti nei tuoi fogli Excel, con alcune diversita' perche' il mio dato di base non e' una magnitudine strumentale ma direttamente la magnitudine stimata a valle della calibrazione (Astroart usa le magnitudini di un grande numero di stelle per trovare la funzione polinomiale Mag = k1 + k2 log (ADU)). Quindi, per ogni stella, ho calcolato la differenza tra la mag di catalogo (Apass B e V) e quella osservata (B e V).

Ho ordinato gli elenchi per luminosita' ed ho fatto diversi grafici considerando tutte le stelle (434), le 100 stelle piu' luminose dell'ammasso e infine le 50 stelle piu' luminose. L'ultima scelta mi sembra la migliore in quanto, ampliando il campione, c'e' troppa dispersione dei dati probabilmente per il modesto SNR delle stelle meno luminose (ricordo che ho usato il Mak 90 e 15 minuti di esposizione per filtro).

Trasformazione per il Baader V
Trasf_V.jpg

Trasformazione per l'Astronomik B
Trasf_B.jpg

Mi sembra che ci sia una bella differenza tra i due filtri!

Particolare l'intersezione della linea di tendenza sullo zero (Apass B - B osservata) intorno a B-V ~ 1.1 per il filtro V e B-V ~ 0.6 per il B. Me l'aspettavo nelle rispettive bande di colore (la calibrazione fotometrica del frame comunque non e' stata fatta con queste 50 stelle ma con tutte quelle che Astroart ha potuto riconoscere, dovrei provare a limitare lo SNR)...

Appena ho un attimo correggo le magnitudini B e V e aggiorno il diagramma colore-magnitudine con i nuovi dati. Non mi aspetto grandissime variazioni, non perche' le trasformazioni siano poco utili (al contrario!) ma perche' molta dispersione verra' comunque introdotta a causa dell'incertezza associata alle misure delle stelle deboli. Servirebbe senz'altro ripetere l'esperienza usando un'apertura maggiore e un tempo di integrazione piu' lungo.

Paolo
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Messaggioda LFranco » 14 mar 2018, 0:47

Ciao Paolo,
il termine Tv = 0.0274 è piccolo e vicino a zero e questo significa che il filtro V (Baader) è conforme allo standard fotometrico. Il filtro B (Atronomik) invece mostra un termine Tb = 0.2108 e quindi si discosta dallo standard. Detto in altri termini ... si può usare il filtro V anche senza trasformazioni, mentre la stessa cosa non si può fare per il filtro B per il quale è consigliabile usare il coefficiente Tb.

Saluti
Lorenzo Franco
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