Bombes d'Ellerman

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Qui était Ferdinand Ellerman?

Ferdinand Ellerman(13 Mai 1869 - 20 Mars 1940) Le nouvel observatoire de Yerkes venait de se créer en 1897, Hale en devint le premier directeur. George Ellery Hale et Ferdinand Ellerman, forment une équipe solide qui allait y fonder les bases de l'astrophysique et y lancer un programme d'études solaires. Il fabrique dés 1905 une caméra pour le Snow Solar Telescope et qui est installée au foyer de la Tour Solaire de 60 pieds en 1907. Ellerman étudie avec ce matériel la taille, le nombre et l'évolution des taches solaires en continue en lumière blanche. On lui doit parmi les plus belles images qui on rendu célèbre l'Observatoire du Mont Wilson. C'est dans son article (11/1917) Solar Hydrogen "Bombs" 1917,ApJ....46..298E qu'il fait mention en 1917 d'un nouveau phénomème solaire qui allait être nommé plus tard Bombe d'Ellerman. Un cratère de la Lune porte aussi son nom : Cratère Ellerman (Ø47km, 25.3S 120.1W). (Documentation et photos :Observatoire du Mont Wilson).

De quoi s'agit-il?

Les Moustaches ou Bombes d'Ellerman sont des sources en émission de petite taille et de durée de vie courtes. Le profil spectral des bombes d'Ellerman consiste en une absorption du cœur au centre de la raie Ha et un excès d'émission dans les ailes bleues et rouge de la raie. Cette émission passe par un maximum aux longueurs d'onde ~Ha +/-1Å et s'évanouit typiquement à +/-5Å du centre de la raie Ha. Le maximum de visibilité des moustaches sur les filtergrammes se situe à +/- 1.0Å du centre deHa et ne sont pas observables au centre cette raie. On signale souvent une dissymétrie des deux ailes avec un déséquilibre en faveur de l'aile bleue en général, mais pas obligatoirement. Des déséquilibres en faveur de l'aile rouge ont été observés. Les auteurs s'accordent pour leur donner une taille entre 0.3 et 3.5 arcsec, ces évaluations étant très dépendantes du seeing. Leur courte durée de vie peut aller d'une dizaine de minutes pour les moins brillants à près d'une heure pour un petit nombre d'entre elles. Beaucoup passent sûrement inaperçus. Elles surviennent souvent en groupe. Elles apparaissent et disparaissent en quelques minutes. Elles semblent prendre naissance près des taches bipolaires, dans le voisinage de la pénombre et parfois au voisinage des Arches de Transition de Champ.

Observation du 21 novembre 2005.

C'est en dépouillant des observations du 21 novembre 2005 que mon attention a été attirée par quelques points anormalement brillants en marge de la tache NOAA 0822. Ayant déjà la connaissance livresque de l'existence des Bombes d'Ellerman citées à la page 322 de Astrophysics of the Sun (Harold Zirin), je suis allé voir dans mes scans le spectre de cette source lumineuse intense qui apparaissait à la colonne 620 du spectrohéliogramme à Ha +0.67 Å. Voici le récit en images de cette belle aventure...

Une des 28 images de l'animation "Balayage en longueurs d'onde autour de Ha entre -0.87Å et +0.87Å". Clic ici pour voir l'animation réduite(298 ko) Clic ici pour voir l'animation non réduite(2.8 Mo).	Superposition sur une de nos images du magnétogramme SOHO.

Field Transition Arches (FTA) connectant deux régions de polarité opposées	Les lignes de force du champ magnétique se devinent sur le motif chromosphérique.	Un point brillant attire l'attention.

Images à -1Å du centre de Ha. Trois point brillants sont visibles.	Est-ce une Bombe d'Ellerman?... Voyez ses "moustaches"!	Images à -2Å du centre de Ha.	21 nov 2005 13h32TU

Les images du scan et le profil spectral de cette belle moustache!

Profil spectral de la moustache en rouge. Profil spectral du continum en bleu.	Profil spectral de la différence moustache moins continum.

Dopplergramme +/-0.7Å: sombre vers l'intérieur du Soleil, clair vers l'extérieur du Soleil.		Dopplergramme en fausses couleurs: rouge vers l'intérieur du Soleil, bleu vers l'extérieur du Soleil.

NOAA 0826 observation du 3 décembre 2005.

051203_ha1 10h35 TU.

Image à Ha -1Å et spectres correspondants. Deux bombes sont bien identifiées.	Écart temporel entre les images du haut et du milieu : 2 minutes. On remarque une évolution dans l'intensité de plusieurs point brillants autour des taches.	La même région au centre de la raie Ha.

061203_ha2.avi 10h42mn TU.

Dans cette image le nord est à droite. (Colonne 1235 du scan051203_ha2)	Surprenant décalage de 8 pixels vers le rouge soit 12.8 km/s pour le cœur de la raie de la moustache...	Comparez avec les images prises à 10h35mn TU.

Image à -1Å du centre de Ha. La moustache est repérée par les traits rouges.	Dopplergramme +/- 0.75Å et spectres des objets rouge et bleu repérés .Leurs spectres sont de nature totalement différentes.	Dopplergramme mettent en évidence le décalage vers le rouge de 21 pixels soit 0.76Å soit 34 km/s des parties en émission du spectre de la moustache.	Profil photométrique du Dopplergramme ci-contre. Le continum est à zéro ADU.

L'objet repéré en rouge a un spectre comportant une forte émission dans les ailes et on note un fort décalage spectral vers le rouge. L'objet repéré en bleu n'a pas de partie émissive dans son spectre au voisinage de la raie Ha et le décalage spectral est orienté vers le bleu. Les vitesses sont comptées positivement vers l'intérieur du Soleil (décalage vers le rouge pour un observateur terrestre).

Deux spectres et les correspondants sur l'image (3 déc 2005 10h50TU). Le coeur de la raie est volontairement surexposé par rapport aux ailes.

Comparez avec l'image précédente : 18 minutes plus tard les changements sont spectaculaires. Les événements précédents ne sont plus visibles ou bien faibles et de nouveaux avènements sont apparus.

NOAA 0838 observation du 23 décembre 2005.

051223_ha4 14h07 TU.

NOAA0838 à Ha moins 1Å.	NOAA0837b-g Ha centre.

Cette séance d'observations avait commencé par un tour d'horizon des centres actifs. Les images Ha de l'observatoire de Catania (Sicile) montrait que la région NOAA0838-b, près du bord est,semblait assez active. J'ai donc commencé par y faire un scan de 300s en Ha (image ci-dessus à gauche, le nord est à gauche). Puis je suis passé à NOAA0837 b-g sur le bord ouest (image ci-dessus à droite, le nord est en haut). C'est en recentrant sur la première cible que j'ai vu passer un spectre de moustache qui m'a paru fort intense. Je suis sûrement arrivé peu après le maximum d'intensité ! Voir l'animation ci-dessous.

051223_ha3

L'occasion était belle pour essayer d'en tirer un spectre en accumulant quelques images moteur arrété. J'en ai tiré les profils spectraux ci-dessous. En rouge (M) la somme des 3 lignes en émission de la moustache. En bleu la somme des trois lignes immédiatement au-dessous (F). Par différence de ces deux profils spectraux on obtient le spectre propre de la Bombe d'Ellerman. Le maximum d'émission se situe à +/- 1Å du centre de la raie Ha. Un regret, le fenêtrage à la prise d'images était trop serré pour l'occasion (économie de place à l'enregistrement des images!). On perd ainsi les ailes lointaines du spectre, ce qui est bien dommage. J'ai donc poursuivi le travail avec des scans normaux et un fenêtre plus large...

Spectre et profils spectraux correspondants.

Voici ci-dessous quelques données issues du scan suivant 521223_ha4 à 14h09m00sTU sur NOAA0838b. On voit encore très nettement la forte émission due à la moustache brillante. On distingue qu'en fait il y en a deux très voisines dont l'une est nettement plus brillante que l'autre. J'en ai donc tiré le profil spectral en utilisant les deux images du scan ou son spectre apparait i-516 et i-517 et le deux lignes (177 et 178) sur lesquelles ce spectre s'étend.

Quelques exploitations du scan 051223_ha4 sur NOAA0838 b.

Le groupe bipolaire NOAA0838 est favorable à l'apparition de bombes d'Ellerman comme expliqué dans les généralités en haut de cette page. L'image centre-bas montre des fibriles rayonnantes autour des deux principales taches et des FTA (arches de transition de champ) entre celles-ci...

Spectre de la moustache 051223_ha4 14h09m00s

Sur ce spectre à fenêtrage plus large que le précédent on voit la signature spectrale de la moustache depuis Hacentre -4Å où elle se dilue dans le continum jusqu'à Hacentre +4Å où on devine qu'elle est encore perceptible dans les plus faibles longueurs d'onde. De ce côté-là j'ai encore fenêtré trop serré!

Profils spectraux de la moustache (M) et du fond (F).	Différence M moins F, profil spectral propre de la moustache à 14h 09m.

Les profils spectraux obtenus sur la moustache (M : somme de deux lignes) et juste au-dessous (F : somme de deux lignes aussi) montrent à gauche l'émission propre de la Bombe. Celle-ci est mieux traduite par le profil spectral de droite obtenu par la différence M - F. On note, outre la position des maximums, la dissymétrie en faveur de l'aile bleue, plus puissante que l'aile rouge. Le niveau de cette dernière est presque revenu à 0 à Hacentre +4Å ce qui est loin d'être le cas pour l'aile bleue à Hacentre -4Å où l'intensité n'a chuté que de moitié. On remarquera le fond plat au centre de la raie Ha. J'ai alors décidé de faire un suivi temporel serré de la région par des scans consécutifs en balayage aller-retour toutes les 50 secondes environ ce qui évitait les temps morts. Trois scans de 300s ont été enregistrés avant que le Soleil, décidément bien bas sur l'horizon en cette période hivernale ne soit masqué par les branches d'un arbre. Le dernier scan ne comporte donc que deux images. Les deux autres en comptent 6 chacun. Il est intéressant de suivre l'apparition et la disparition de bombes. La région pétille littéralement de ces explosions éphémères!

NOAA0838 b	Scan va et vient de 300s sur NOAA083. 051223_ha5	Scan va et vient de 300s sur NOAA0838. 051223_ha6

Scan va et vient de 300s sur NOAA0838 051223_ha7 (interrompu par les arbres).

J'ai essayé enfin de faire un relevé des localisations des bombes d'Ellerman que j'ai cru déceler. Beaucoup sont confirmées par leur spectre (montrés ci-dessus ou non, car trop faibles). L'image de droite précise leur localisation par rapport au champ magnétique (magnétogramme SOHO). C'est une bonne illustration de ce que l'on avait appris en début de page : elles surviennent souvent en groupe, apparaissent et disparaissent en quelques minutes. Elles semblent prendre naissance près des taches bipolaires, dans le voisinage de la pénombre et parfois au voisinage des Arches de Transition de Champ.

 

NOAA 0848 observation du 22 janvier 2006.

22 janvier 2006 début à 14h24 TU scan de 300s fichier 060122_ha2.avi

Les documents ci-dessus ont été pris par conditions de seeing médiocres. L'image centrale est issue d'un scan à Ha moins 1Å. Le profil spectral de gauche correspond au point brillant à la croisée des repères rouges de l'image centrale. Le profil spectral de droite correspond au point brillant à la croisée des repères verts de l'image centrale.

NOAA 0892b observation du 5 juin 2006.

La région active NOAA0892b vient d'émerger au bord est du disque solaire.

Vues agrandies d'un phénomène actif très localisé et fugitif. Les images sont prises en Ha centre.

Animation raie Ha

Le phénomène observé est lié à une bombe d'Ellerman, ce que confirme le profil spectral, mais on retrouve son association avec une forte absorption en Ha centre dans son environnement immédiat (au-dessus et au-dessous) et le motif spectral oblique (image i-956) qui lui est associé comme déjà rencontré dans des observation précédentes.

Spectre propre de la moustache.

Le profil spectral de la moustache montré ci-dessus est le quotient du profil spectral brut de la moustache par le profil moyen de la raie Ha dans l'environnement voisin. On note la dissymétrie du profil spectral en faveur de son aile bleue et l'intensité relative du pic d'émission par rapport au continum.

Bilan...provisoire.

Voilà bien un domaine que je ne croyais pas accessible à une instrumentation d'amateur! Cette aventure inattendue a démontré le contraire. Ce travail n'est qu'un début, je compte bien repartir en chasse un de ces jours...à moins qu'un autre gibier ne se présente...Qui sait? J'engage donc tout possesseur d'un spectrohéliographe à tenter à son tour ce type d'observation. Et si vous n'avez pas encore la chance de posséder un tel instrument, alors au boulot, après lecture de la page "Notre spectroheliographe".