Pulsar du crabe

 

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La résolution temporelle du pulsar du crabe à rarement été réalisée dans le domaine de l'astronomie amateur.

On peut citer la remarquable expérience de André et Sylvain Rondi en 2003 grâce à une technique d'observation stroboscopique décrite sur la page suivante, expérience réalisée au T60 du pic du midi  : 

http://astrosurf.com/rondi/obs/pulsar/pulsar.htm

Cette méthode indirecte possède l'énorme avantage de contrôler de manière extrêmement précise le temps d'obturation durant lequel le photons issus du pulsar vont être reçus par la camera.

L'approche tentée ici est une approche directe à l'aide d'une caméra rapide dotée d'un capteur EMCCD que nous a aimablement prêté la société Raptor Photonics, et qui à fait l'objet de multiples test présentées sur les pages suivantes :

http://brizhell.org/Manip_Merlin.htm

Avec l'autorisation de Raptor Photonics, j'ai donc prêté cette caméra à Jean Luc Dauvergne durant sa mission au T1M du pic du Midi, avec François Colas. C'est d'ailleurs au cours de cette mission que Jean Luc et François ont réalisé l'une des meilleures images de Mars prise depuis le sol. En plus de cette mission à vocation "planétaire", ils ont pu effectuer quelques tests à l'aide de la camera Merlin sur le T1M. 

On pourrait ainsi dire qu'il ne s'agit pas tout a fait d'une manip amateur, malgré tout, cette dernière aurait pu être réalisée sur le 1m de Puimichel par exemple.

Le détail du montage optique ne m'étant pas parfaitement connu (Jean Luc pourra préciser dès que je l'aurais eu au téléphone), je ne parlerai que des séquences vidéos acquises.

3 vidéos ont été faites avec la camera. La Magnitude du pulsar étant faible (mag 16), le T60 était limite pour tenter la manip, le 1m est parfaitement adapté. La Camera permettant des poses inférieures à la pulsation propre du pulsar, la résolution temporelle est envisageable sans trop de difficulté.

Le gain du canal de multiplication des électrons est poussé quasiment au maximum (en limite de saturation), c'est a dire a 75% pour 11ms, 71% pour 39ms et 65 pour 514ms. La contre partie de ce paramètre est une augmentation substantielle du bruit.  

Les vidéos, pour une raison que je ne connais pas, on été acquise avec une cadence de 10 ips.  Les poses respectives sont de 11ms, 39ms, et 514ms pour la pose de champ.

Les brutes exploitables sont bien évidement celles de la vidéo à 11ms, bien que des pics de fréquences soient tout de même détectés dans la transformée de Fourier analysant la vidéo à 39ms.

Addition 1600 poses de 514ms

L'image précédente n'est pas traitée, le but n'étant pas de faire de la belle image, je n'ai pas de dark ou de flats sur ces temps de poses. Ce cliché est uniquement là pour montrer la position du pulsar.

Pour l'extraction des informations photométriques sur la vidéo, nous avons utilisé le logiciel bien connu des amateurs de CDR/CDL : limovie

Le cercle de mesure central fait 5 pixels de rayon, la couronne de mesure du fond de ciel est suffisamment large pour éviter d'intégrer l'étoiles voisine du pulsar.

La courbe obtenue est la suivante : 

La courbe est très bruitée, mais on voit malgré tout des pics correspondants aux maxima et aux minima d'intensité. Ces pics sont-ils périodiques ? Pour répondre à cette question, il faut passer dans l'espace des fréquences via l'opération de transformée de Fourier. Nous avons appliqué ici, de la même manière que André et Sylvain Rondi, une FFT sur 1024 échantillons.

Nous obtenons donc 2 pics parfaitement nets aux positions 280 et 288 de la transformée de Fourier. Les périodicité relevées sont donc de P1=1024/280=3,657images et P2=1024/288=3,555images.

Si nous ramenons ces périodicités aux intervalles de temps, sachant que nous avons une débit de 10 images par secondes (relevé dans les en têtes de l'AVI, donc peu précis), nous obtenons une périodicité temporelle de 365,7ms et 355,5ms.

Regardons de plus près ce que nous dit la théorie concernant la fréquence du pulsar. Nous pouvons lire sur la page des Rondi : "Les valeurs prévisionnelles de la période du pulsar peuvent être alors facilement déduites grâce à un tableur, la courbe de décroissance étant très sensiblement linéaire. On peut en déduire la formule de calcul suivante:

Période (ms) = 3.63511677858522E-05*(JJréduit) + 31.6314733479109

Le jour julien "réduit" (JJréduit) représente les 5 derniers chiffres du jour julien: exemple pour JJ=2452713, alors J"

La date de prise de vue est le 02/02/2010. le jour julien réduit pour cette date est 55230,07. Nous obtenons ainsi une période théorique de 33,63915ms. Si nous regardons les sous multiples de cette intervalle de temps, nous obtenons le tableau suivant (les temps sont en ms) : 

T0 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10
33,63915 67,2783 100,91745 134,5566 168,19575 201,8349 235,47405 269,1132 302,75235 336,3915 370,03065

Le débit annoncé à 10 images par secondes donne un intervalle entre chaque prise de vue de 100ms. Une correction de 2% (soit 2ms) sur la vitesse d'acquisition permet d'encadrer la dixième harmonique. Si nous descendons le débit moyen à 9,8 images par secondes (ce qui est vraisemblable en considérant les erreurs d'arrondi dans les en tête de fichiers vidéos), nous obtenons les valeurs de périodes suivantes : 

Pic FFT  280 288
Période en nbre images 3,657 3,556
Temps en ms 373,178 362,812

Le but n'étant pas de faire une mesure précise de la période, mais bien de vérifier la pulsation, cette information nous permet de déterminer comment faire le tri des images exploitables pour reconstituer la pulsation.  On remarque d'ailleurs que le pic à 280 échantillons, dont l'amplitude est maximale,  permet de calculer un multiple de la période plus proche de la valeur théorique de 370ms que le pic à 288 échantillons.

Nous avons donc procédé à un tri des images en fonction de leurs dynamique (sur 3 niveaux), en respectant le critère d'un nombre entier multiple de la période calculée précédemment . Nous obtenons les 3 images suivantes (réduction à 50% de la taille originale) :

20 poses 11ms minimum  20 poses 11ms médian 20 poses 11ms maximum

Le but de ce compositage est bien évidemment d'augmenter le rapport signal sur bruit de chaque phases. L'animation peut donc suivre ;-) :

Donc ça marche. La camera Merlin de chez Raptor permet d'imager la Pulsation, tout comme le système stroboscopique des Rondi. Certes la précision dans le contrôle de la fréquence d'acquisition est moins "flexible", et la manip est moins précise, mais la sensibilité est là !!

Au dernières nouvelles, la camera atteint un débit d'image en full frame de 35 images par secondes soit inférieur à la pulsation propre du pulsar. Il serait intéressant de recommencer la manip avec ce débit d'image, et d'avoir plusieurs images par rotations.

Un grand merci à François Colas d'avoir accepté de donner du temps de télescope à cette manip, ainsi qu'à Jean-Luc Dauvergne pour avoir réalisé ces quelques séquences vidéos.

 

Paris le 19/04/2010

B.TREGON

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