V/R di pi Aqr

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marcoleo
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V/R di pi Aqr

Messaggio da marcoleo »

Carissimi,

Ernst Pollmann (International Working Group ASPA Active Spectroscopy in Astronomy http://www.astrospectroscopy.de http://www.astronomie.de/astronomische-fachgebiete) stà cercando osservatori di pAqr per la verifica V/R. Qui da me è sempre brutto tempo, ieri sera c'è stato un momento di sereno con nuvoli minacciosi che minacciavano di rovinare tutto da un momento all'altro...e così è stato. Ho voluto lo stesso tentare e sono riuscito a fare uno spettro piuttosto rumoroso di p Aqr che ho inviato lo stesso a Ernst (via il gruppo spectro-l), spero possa essergli comunque di aiuto. Volevo integrare per 5000'' ma sono riuscito a malapena ad arrivare a 3000'', chiaramente senza prendere spettro di stella di riferimento e correggendo Instrument Response utilizzando il database di ISIS.
piaqr.png
piaqr.png (6.52 KiB) Visto 3400 volte
se avete la possibilità di supportare Ernst sarebbe una cosa grande ! Al momento siamo io e Paolo Berardi, Valérie Desnoux, Dong Li.

Grazie, Ciao,
Marco
marcoleo
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Re: V/R di pi Aqr

Messaggio da marcoleo »

Purtroppo :( lo spettro è stato valutato troppo rumoroso per poter calcolare in modo affidabile la V/R e EW. Devo stare sopra 120-150 di SNR attorno al picco di H alpha.

Pazienza ! Pare che il prossimo week end il meteo migliori ! ;)

Ciao !
Marco
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Paolo
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Re: V/R di pi Aqr

Messaggio da Paolo »

Marco, non devi preoccuparti perche' con normali condizioni meteo lo spettro sara' abbondantemente sopra le "minime" richieste. La tua e' invece una esperienza molto interessante perche' tratta a livello pratico il discorso delle specifiche richieste dalla campagna osservativa. Ora abbiamo i numeri, quindi possiamo fare una misura per capire dove si trova il limite di SNR. Siccome il rumore in un profilo e' ben apprezzabile ad occhio, sono certo che con un po' di esperienza non servira' neanche misurarlo ma capiremo se lo spettro e' ok con una rapida occhiata.

Il rapporto s/r (SNR) e' calcolato sia con ISIS che con VSPEC. Credo valga la pena di ricordare che il tratto di profilo in cui si effettua la misura deve essere orizzontale e deve essere privo di righe spettrali (occhio alle telluriche nei pressi della h-alfa!). Se non sono soddisfatte queste due condizioni il SNR viene sottostimato.

La campagna e' molto inteerssante e spero che anche Nico e Massimiliano si uniscano al gruppo di osservatori. Il soggetto e' comodamente osservabile in questo periodo fin dalla prima parte della serata. Come giustamente dici, Marco, il maltempo e' il principale problema, quest'anno accentuato in modo incredibile. Oltre a impedire una ripresa di esposizione sufficiente, il passaggio continuo di fronti rende agitata l'aria provocando un forte peggioramento del seeing. pi Aqr e' abbastanza luminosa ma richiede una corposa integrazione perche' l'emissione non e' forte (il massimo e' circa 1.4 su un continuo pari a 1). In presenza di turbolenza atmosferica il rapporto s/r puo' deteriorarsi moltissimo sia perche' l'immagine stellare e' piu' grande, sia perche' la sua posizione oscilla rispetto alla fenditura. Entrambe le situazioni provocano un drastico calo di luce che entra nello spettroscopio.

Approfitto della tua segnalazione per spendere due parole sul parametro V/R che, assieme alla "larghezza equivalente" (EW), la FWHM e la FWZI, caratterizza una riga spettrale.

La caratteristica dominante dello spettro delle stelle Be (alla cui famiglia appartiene pi Aqr) e' il doppio picco della riga di emissione h-alfa. Ne abbiamo parlato anche qui sul forum: viewtopic.php?f=22&t=2589
Quasi mai il doppio picco e' perfettamente simmetrico e cio' si pensa derivi da una non uniformita' del disco circumstellare di gas e polveri. Possono infatti formarsi degli addensamenti che evolvono e si muovono con moti di precessione attorno alla stella con un periodo che di norma non e' correlato con quello di rotazione della stella o di rivoluzione attorno al centro di massa se si tratta di un sistema binario o multiplo. Alcuni sistemi pero' fanno eccezione, ad esempio la 4 Her in cui le oscillazioni dei due picchi sono sincronizzate con il periodo di rivoluzione.

Uno degli oggetti di studio in questa campagna e' appunto la ricerca di una periodicita' delle variazioni osservate nel profilo H-alfa. Il parametro piu' adatto allo scopo e' il rapporto V/R dove V e' l'intensita' della componente spostata verso il violetto e R quella della componente spostata verso il rosso. Entrambe sono misurate rispetto al livello del continuo. V/R = 1 indica un profilo simmetrico, Per V/R diverso da 1 il valore del rapporto fornisce il grado di asimmetria.

Definizione di V/R (fonte: http://www.astrosurf.com/buil/us/spe2/hresol7.htm)
4crb.jpg
L'andamento nel tempo del parametro V/R viene analizzato in questa campagna osservativa con la Discrete Fourier Transform (DFT) al fine di verificarne la periodicita'. Le osservazioni precedenti (2004-2012) hanno permesso di verificarla ed e' stato trovato un periodo di 84.2 giorni con variazione sinusoidale. Il valore e' molto simile al periodo orbitale del sistema pari a 84.1 g. In pratica sembra che l'andamento V/R sia sincronizzato con il periodo orbitale. Il seguente grafico mostra gli attuali risultati del monitoraggio:
vtor_piaqr.jpg
Oltre V/R vengono studiati, per pi Aqr, anche altri parametri come la larghezza equivalente EW sempre della riga h-alfa e, grazie a sofisticati strumenti elaborativi che analizzano i profili "modellati" dalla velocita' radiale (Doppler tomography - Marsh & Horne 1988), si riesce a ricostruire la struttura del disco attorno alla stella primaria. Secondo questa analisi e' presente un addensamento (bright extended spot) alla periferia del disco circumstellare, lato secondaria.

Il bravissimo Ernst sta svolgendo un eccellente lavoro, sia per questa che per numerose altre campagne osservative! Siamo fortunati a poter lavorare con lui.

Paolo
marcoleo
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Re: V/R di pi Aqr

Messaggio da marcoleo »

Grazie Paolo per incoraggiamento, del resto conviene mettersi sempre in gioco ! E' vero che quando ci si butta sul pratico poi di conseguenza impari tante cose che con molta probabilità non avresti imparato in modo così efficiente senza l'esperienza diretta.

Grazie della tua dettagliata descrizione !

Ho letto su wikipedia (http://it.wikipedia.org/wiki/Pi_Aquarii) che osservazioni spettroscopiche rivelano che la stella ha una compagna che orbita in un periodo di 84 giorni, e dovrebbe avere una massa 2-3 volte quella solare. Quindi credo che le cose siano legate, ma qui mi fermo perché non ho studiato di più.

Ciao,
Marco
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nico
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Re: V/R di pi Aqr

Messaggio da nico »

Ciao Marco e Paolo,
ovviamente io e Massimiliano siamo più che disponibili a partecipare a questa campagna osservativa. :ymhug:
Speriamo che il tempo (sia atmosferico che quello libero a nostra disposizione) ci permetta di fare qualcosa di buono.
La cosa ci interessa moltissimo.

Teniamoci aggiornati.

Nico
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Re: V/R di pi Aqr

Messaggio da Paolo »

Eccellente Nico! Mi fa piacere che il contributo italiano sia rafforzato!

Marco, c'e' un bellissimo documento, pubblicato nel 2002, di Bjorkman e Miroshnichenko:

http://arxiv.org/pdf/astro-ph/0203357v1.pdf

in cui, tra vari studi effettuati, spiegano come hanno rivelato la natura binaria del sistema, ipotizzata molti anni prima sulla base del largo e complesso profilo h-alfa.

Pi Aqr ha alternato nel tempo stati attivi e di "quiescenza". Dal 1985 la fase di emissione ha cominciato a regredire, raggiungendo un minimo nel 1996 abbastanza stabile per alcuni anni a seguire. In questo periodo sono state effettuate le osservazioni discusse nel lavoro che ho citato.

Durante la fase "passiva" la riga H-alfa e' stata osservata prevalentemente in assorbimento. La riga di assorbimento dovuta alla fotosfera stellare era pero' alterata da una emissione variabile. Per questo motivo la fase e' stata chiamata dagli astronomi "quasi-normal star phase".

Adesso viene il bello. Per l'emissione di aspetto variabile si sono potute identificare tre distinte componenti, due delle quali avevano le caratteristiche del doppio picco tipiche della fase attiva (probabilemnte emissioni dovute al disco circumstellare ancora debolmente presente) mentre la terza, piu' intensa, si e' osservata traslare all'interno del largo assorbimento con movimento periodico. In aggiunta, l'intero assorbimento fotosferico mostrava delle variazioni di velocita' radiale anch'esse periodiche.

Per misurare con la massima precisione le velocita' radiali, gli astronomi hanno effettuato delle operazioni tra i profili in modo da isolare le righe di interesse: per le misure dell'assorbimento fotosferico hanno escluso la regione in cui transitava l'emissione mentre per le misure dell'emissione hanno sottratto il largo profilo fotosferico.

Mettendo in un grafico le velocita' radiali del picco centrale e quelle dell'assorbimento fotosferico si e' potuto verificare che le Vr seguono un andamento sinusoidale con le due curve in contro-fase:
RV.JPG
I cerchi pieni sono relativi alla Vr della componente in emissione mentre i quadrati vuoti alle Vr dell'assorbimento.

Un grafico di questo tipo e' molto familiare per chi ha avuto a che fare con le binarie spettroscopiche! L'ampiezza delle curve (min/max della Rv) e' inversamente proprozionale alla massa dei corpi orbitanti (il piano dell'orbita e' inclinato rispetto alla linea di vista).

Le osservazioni sono state estese a piu' di 20 cicli, trovando che la sorgente dell'emissione ruotava attorno alla stella primaria con un'orbita stabile pressoche' circolare.

Una sorgente di emissione h-alfa potrebbe far pensare ad un addensamento del disco circumstellare ma in questo caso l'ipotesi e' stata esclusa considerando che il raggio dell'orbita (calcolato con la legge di Keplero) la pone molto al di fuori del disco. La spiegazione piu' plausibile e' quella che vede una stella secondaria avvolta da un guscio gassoso (il responsabile dell'emissione) in orbita stabile attorno alla primaria, dunque un sistema binario con periodo orbitale misurato di 84.1 giorni.

Che dire... io resto sempre affascinato dalle brillanti deduzioni degli astronomi. Impeccabili analisi su osservazioni svolte al momento giusto! :ymhug:

Paolo
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Re: V/R di pi Aqr

Messaggio da marcoleo »

Paolo,
grazie per il preciso riassunto. Mi sono scaricato il pdf. Comunque devo dire che i sistemi binari mi fanno letteralmente impazzire. Se penso anche a Beta Lyrae !!! Quel Miroshnichenko deve essere un vero genio a sviluppare certi modelli e poi a trovare il razionale per supportarli.
Ciao,
Marco
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Re: V/R di pi Aqr...e flat field

Messaggio da marcoleo »

Carissimi Amici,
qui sotto l'aggiornamento appena ricevuto da Ernst Pollmann su l'evoluzione di EW e V/R di pi-Aqr:
piaqr_VtoR.jpg
piaqr_EW.jpg
Sono contento che siano stati accettati gli spettri mio e di Paolo (behh su Paolo non c'erano dubbi di sorta). Non vedo l'ora che altri di voi si aggiungano per rappresentare ancor di più la nostra Italia.

Ma vediamo come è andata perchè nel riprendere pi_Aqr ho voluto sperimentare qualcosa sui flat.

Grazie all'aiuto di un cielo finalmente sereno sono riuscito a combinare qualcosa. Il buon Paolo Berardi mi aveva segnalato uno strano profilo molto in ascesa del continuo che inizialmente secondo me e Paolo sembrava essere legato ad un problema di instrumental response ma poi mi sono intestardito e ho scoperto che il problema era dovuto al flat:
_pi_aqr_f1test_20141017_860_mleonardi.png
_pi_aqr_f1test_20141017_860_mleonardi.png (5.52 KiB) Visto 3329 volte
il flat colpevole:
Fnon trattato con scale log.gif
notiamo che il risultato del rapporto Average/St. Deviation = 2.4

Questo ci consente, in un qualche modo, di stimare il rumore dell'immagine: il rapporto Segnale/Rumore, infatti, può essere calcolato come il rapporto fra media e deviazione. La deviazione standard ci permette anche di apprezzare il valore scientifico dell'immagine. Misurazioni inferiori al triplo della deviazione standard hanno scarso significato statistico (fonte: Franchini, Pasi, Nicolini: Il CCD in astronomia-La luce discreta del cielo).

Il mio flat quindi è piuttosto rumoroso. Questo flat è la mediana di 10 flats da 60'' ai quali sono stati sottrati i relativi dark, il tutto elaborato in AA5. I flats sono stati ottenuti tramite generatore di luce Flat Field con membrana elettroluminescente installato a monte dello slit e a valle del telescopio. Di fatto questo flat presenta dei valori di statistica non proprio belli. Ho pensato quindi di valutare gli stessi valori sullo spettro di pi_Aqr e isolando sul frame solo la riga bianca dello spettro nell'area H alpha, lo spettro è il risultato dell'elaborazione in ISIS di 20 spettri da 240''ciascuno:
spettro.gif
in questo caso il risultato del rapporto Average/st. Deviation = 4.68

ho quindi applicato sul flat grezzo (ovvero già mediato e sottratto dei suoi dark) la funzione scale_logarithmic disponibile su AA5 all'interno della finestra Arithmetic, ho applicato dopo diversi tentativi il coefficiente = 31 e ho ottenuto il seguente flat:
F trattato con scale log coeff.31.gif
che presenta il rapporto Average/st. Deviation = 12.6 .....sicuramente meno rumoroso.

quindi in ISIS ho ridotto utilizzando questo nuovo flat trattato con funzione logaritmica e finalmente ho ottenuto uno spettro orrizontale:
pi_Aqr_Flat_Scale_Log_Coeff_31.png
pi_Aqr_Flat_Scale_Log_Coeff_31.png (5.31 KiB) Visto 3329 volte
Lezioni imparate:

- conferma che i flats sono molto pericolosi a causa del rumore che si portano dietro, questo può chiaramente compromettere le misure di EW e di altri parametri importanti;
- l'illuminazione a led a monte dello slit e a valle del telescopio sembra non apportare migliore, tanto vale illuminare dall'esterno il telescopio (vedi post dedicato);
- pare sia necessario comunque elaborare il flat (già mediato e sottratto dei darks)con funzione logaritmica per poter togliere rumore ed evitare artefatti al continuo. Quanto ho fatto è sicuramente da approfondire e da verificare come ripetibilità su numerosi altri spettri.

Ciao !
Marco
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