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Database di spettri sintetici

Le nuove tecniche per studiare e comprendere la natura di tanti fenomeni celesti.

Messaggioda Paolo » 5 apr 2019, 15:31

Questa l'ho letta sul forum ARAS (http://www.spectro-aras.com/forum/viewt ... =45&t=2266) e la riporto qui perche' mi sembra davvero interessante!

Parliamo di Pollux, un tool basato su web, che recupera profili in un database di spettri sintetici ad altissima risoluzione sviluppato presso il Laboratoire Univers et Particules de Mont-pellier (LUPM - University of Montpellier - CNRS). Sintetici vuol dire che non sono il risultato di una osservazione spettroscopica ma di una elaborazione al computer con sofisticati modelli di atmosfere stellari (nella guida sul web sono descritti in dettaglio).

Accesso:
http://npollux.lupm.univ-montp2.fr/

A parte gli impieghi da parte dei professionisti per lo studio della popolazione stellare e tanto altro, mi sembra uno strumento davvero utile a livello didattico ed anche per fare confronti con gli spettri che otteniamo (dopo una opportuna riduzione di risoluzione!), verificando righe o continuo.

La ricerca nel "Query form" richiede alcuni parametri come temperatura, gravita' di superficie, ecc. Il sistema restituisce i profili spettrali che soddisfano i criteri immessi. Non possiamo specificare direttamente gli elementi del tipo spettrale ma da alcuni parametri astrofisici non e' difficile arrivare allo spettro corrispondente. Ad esempio la classe spettrale puo' essere identificata con il valore di temperatura e gli effetti della classe di luminosita' (stelle nane, giganti,...), legati alla densita' dei gas, li ricerchiamo con la gravita' superficiale (log g).

Ad esempio, se vogliamo visionare il profilo spettrale di una stella simile al nostro Sole (G2V), possiamo specificare in prima approssimazione i parametri che comprendono i due valori noti Teff e log g, pari a 5777K e 4.43cgs rispettivamente. Sappiamo anche che il Sole ha una propria "metallicita'" che indica quanto sono abbondanti gli elementi diversi da idrogeno ed elio. Sorprende sempre notare che per il Sole questi rappresentano un modesto 2% dell'intera massa, specie se pensiamo alle migliaia di righe che generano nello spettro. Per come e' definito, il parametro della metallicita' [H/Fe] e' pari a zero se la nostra stella "sintetica" ha la stessa metallicita' del Sole, se impostiamo [H/Fe]=-1 stiamo identificando una stella che ha un decimo della metallicita' del Sole, con [H/Fe]=1 la stella ha una metallicita' 10 volte superiore.

Possiamo allora scrivere questi intervalli nella finestra di input:

Pollux_01.jpg

Premendo il pulsante search otteniamo una lista di profili spettrali:

Pollux_02.jpg

Consideriamo il primo. Per vedere il profilo basta premere il pulsante a sinistra nella colonna Display Data (evidenziato sopra):

Pollux_03.jpg

Il risultato e' abbastanza impressionante nonche' caotico! Normale, lo spettro e' ad altissima risoluzione (R~150000) e stiamo vedendo la grafica di un intervallo notevolmente compresso che va da 3000 a 12000 Anstrom. Per apprezzare meglio, isoliamo ad esempio il tripletto del magnesio impostando nella finestra del grafico l'intervallo spettrale 5160-5190A e premendo "update chart".

Pollux_04.jpg

A chi usa spettrografi a medio-alta risoluzione salta subito all'occhio l'impressionante risoluzione di questi spettri sintetici.

Altra esperienza didattica: verifica degli effetti della pressione a cui si trova il gas che produce le righe. Nel gas ad elevata densita' le collisioni tra le particelle altera i livelli energetici producendo un allargamento delle righe. Lo abbiamo visto anche in pratica osservando le righe dell'idrogeno in una stella di sequenza e in una supergigante (ci sono un paio di topic nel forum a riguardo), qui usiamo gli spettri sintetici variando solo la gravita' superficiale log g, il parametro legato alla densita'.

Ripartiamo da capo e impostiamo 9000 gradi Kelvin nella temperatura per considerare approssimativamente una stella di classe A. Non sono specificati altri parametri.

Pollux_05_start.jpg

Pollux permette di inserire piu' profili nello stesso grafico. Nella lista di output selezioniamo il primo. Notare il relativo log g pari a 3.5.

Pollux_05.jpg

Spostiamoci poi alla fine della lista (pagina 4) con il pulsante evidenziato in alto a destra e selezioniamo il terzultimo. Qui log g vale 5 mentre gli altri parametri sono gli stessi del primo profilo selezionato. La gravita' superficiale e' incrementata da 3.5 a 5 cgs (non e' esattamente cosi' ma immaginate stiamo considerando una gigante ed una stella di sequenza principale piu' compatta).

Pollux_06.jpg

Premendo "OVER PLOT" in alto a sinistra compare il grafico con entrambi i profili. Limitando lo spettro entro l'intervallo 6480-6640A, otteniamo un primo piano della riga h-alfa che mostra molto bene l'effetto di allargamento dovuto alla maggiore densita' del gas (pressure broadening).

Pollux_07.jpg

Infine gli spettri sintetici del db Pollux si possono liberamente scaricare. Basta selezionare il profilo (o i profili) sulla destra (ultima colonna) e premere la piccola icona con il floppy (non morira' mai il mitico floppetto!) subito a sinistra.

Per ogni spettro selezionato vengono scaricati per default due profili. Il formato utilizzabile dai nostri sw (ISIS, VSpec,...) e' quello il cui nome termina con il suffisso ".spec". Si tratta di un file di testo che riporta tre colonne di dati, i nostri sw leggono invece solo i file testuali (.DAT) a due colonne, quindi bisognerebbe importarlo in un foglio elettronico, cancellare la terza colonna e salvarlo sempre come file testo con estensione .DAT.

Qui un paio di viste del file importato e graficato in Excel:

Pollux_08_import.jpg


Pollux_09_import.jpg


Una grandiosa alternativa e' proposta da ISIS nella sua ultima versione 5.9.4. Christian Buil ha aggiunto l'apposito comando di linea "L_convertdat" che fa tutto in automatico. Basta preventivamente rinominare il file .spec con l'estensione .dat.

La sintassi, descritta con due esempi. Abbiamo rinominato il file scaricato come "Pollux_A_star.dat"

- L_convertdat Pollux_A_star A_star 2
(restituisce il profilo normale A_star.dat leggibile in ISIS)

- L_convertdat Pollux_A_star A_star_norm 3
(restituisce il profilo con il continuo normalizzato (orizzontale) A_star_norm.dat leggibile in ISIS)

Pollux_10_ISIS.jpg


Buon divertimento!
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Paolo
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