Mise
en évidence du Pulsar du Crabe
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Le pulsar de la nébuleuse
du Crabe répertorié sous la référence B0531+21 a été détecté dans les
années 60 par son émission radio. Il présente également
une émission dans le visible.
Selon cette méthode l'obturateur stroboscopique sera actionné par un signal en creneaux avec un rapport cyclique prenant la valeur 1/2 dans le premier cas et 1/6 à 1/8 dans le second cas. La seconde méthode semble paradoxalement plus favorable car on capte alors le seul flux du pulsar pendant l'ouverture ce qui semble devoir augmenter le rapport signal/bruit. |
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Evaluation des difficultés et principe de fonctionnementIl est impératif de commander l'obturateur avec un signal parfaitement calibré, délivrant une impulsion de durée bien déterminée par la valeur du rapport cyclique et de période très voisine de la période du Pulsar soit 33.547ms. Notons tout d'abord que cette valeur de période du pulsar évolue très lentement au cours du temps: le pulsar ralentit en rotation, de l'ordre de 0.4 nanoseconde par jour, il est donc nécessaire tout d'abord de trouver des éphémerides du pulsar. On trouve des éphémerides mensuelle issues du radio-telescope de Jodrell-Banks sur: |
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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 JJ réduit= 52713 Voici un formulaire de calcul ultra-simple utilisant cette formule (ce qui ne dispense pas de vérifier avec les dernières éphémerides): |
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L'obturateur stroboscopique (un disque percé de fenêtres) sera donc commandé par un signal de période très voisine de celle du pulsar à l'instant de l'observation. Il y aura bien sûr toujours une petite différence entre ces deux périodes: cette trés légère dérive résiduelle et souhaitable servira à balayer lentement le signal pour en déterminer le profil. Afin d'expliquer la méthode, supposons que le quartz du générateur de fréquence que nous utilisons délivre un signal de fréquence précise et connue . Un jeu de roues codeuses permet alors d'obtenir en sortie du générateur un signal rectangulaire de période très voisine de la période du Pulsar soit 33.489ms (par exemple). Ce réglage pouvant être effectué à la microseconde près. Notons cependant que la fréquence réelle du quartz n'est jamais connue précisement: d'après les données du constructeur elle a une imprecision de +/- 100ppm, soit +/- 3us environ en sortie dans notre cas. La trés légère dérive
(en fréquence) résiduelle et souhaitable sert à balayer lentement
le signal pour en déterminer le profil. |
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Le dispositif électronique de commande de l'obturateur En raison des vitesses
d'obturation mises en jeux un dispositif electro-mécanique (obturateur
à base d'électro-aimant) est exclu (vibrations, imprecisions).
Il reste le principe de la roue à fentes dont la vitesse de rotation est
difficile à contrôler mais qui est plus facile à mettre en oeuvre.
Nous avons opté pour l'utilisation d'un moteur synchrone alimenté par
une tension alternative générée par un multivibrateur piloté par quartz
2 MHz suivi d'une division par circuits logiques. La fréquence de sortie
est ajustable à l'aide de roues codeuses. La période du signal est réglable
par pas de 1 microseconde. Le générateur de fréquence à quartz, engendre
des créneaux carrés de période voisine de 33.547ms (à la date de
l'observation). Le signal amplifié va donc directement dans le moteur, sur l'axe duquel est fixé le disque fenêtré. Il s'agit en fait de deux disques identiques muni chacun de trois secteurs vides (30°). Ces deux disques sont positionnés l'un sur l'autre, ce qui permet de régler l'angle d'ouverture, depuis 30° jusqu'à la fermeture totale. |
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Le dispositif opto-mécaniqueC'est le coeur du système: le disque fenêtré et son moteur, qui vont réaliser la stroboscopie et "ralentir" le rythme du pulsar. On voit ici les deux disques (violet) et le moteur (vert). |
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Nous avons testé deux montages:
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Préparation de la manipLa première chose à faire est de bien localiser le pulsar: il s'agit de l'une des deux étoiles doubles au centre de la nébuleuse M1. |
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Le Pulsar du Crabe (image faite par des professionnels). |
Le champ de la nébuleuse M1. |
Au T60 du Pic, le Pulsar est déjà aisement visible sur une pose de quelques dizaines de secondes... il va maintenant falloir mettre en évidence le clignotement du Pulsar. |
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La manip au T60Observation du 6 Mars 2003:Il s'agit de notre
première tentative, avec le premier montage (caméra au foyer
et disque en avant), afin de vérifier si l'effet du Pulsar est
détectable.
Cette classification des 40 images, met en évidence un "battement" assez régulier visible sur le graphe suivant: Les images sont classées dans leur ordre de prise de vue, selon les 3 catégories définies précédemment: on voit bien la régularité dans les différences d'éclat du pulsar. On fait une analyse de Fourier rapide (FFT) sur 32 valeurs, et l'on trouve bien deux pics (harmoniques) confirmant la périodicité du signal:
Cela confirme bien qu'on a une périodicité du signal toutes les 5.3 images. Ci-dessous, une animation avec les 40 images d'origine, mises à la suite: on voit bien les variations d'éclat du pulsar, bien différenciées du bruit de fond (comparer avec les autres étoiles faibles dans le champ). Voici ci-dessous le résultat du "repliement" (addition des images de même phase) des 40 images, respectant la périodicité trouvée ci-dessus: Enfin, on ne résiste pas à l'envie d'animer ces trois images!
Bien entendu, cette animation ne reflète pas encore la vraie courbe de lumière du pulsar, mais simplement les états "allumé" ou "éteint" de celui-ci. En effet, comme on l'a dit plus haut, le premier montage ne permet pas une grosse décomposition des phases du Pulsar. Il est en revanche très lumineux, puisque l'on "voit" le pulsar 1/4 du temps (30/120°). |
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Observations du 8 et 9 Mars 2003Dans ces séries d'observations, le deuxième type de montage a été utilisé et la taille de la fenètre a été réduite à 9°. Les images finales traitées manquent de flux pour réaliser une analyse correcte. Cependant, les observations du 6 Mars nous permettent de connaitre la véritable fréquence du quartz, ce qui nous permettra d'ajuster les roues codeuses de manière à obtenir un battement de période plus longue, autorisant un temps de pose plus élevé, et donc une analyse plus fine du signal. |
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La suite...Nous avons donc l'intention de continuer cette manip, en ajustant précisement la fréquence. Pour cela, il sera nécessaire de disposer d'une nuit entière pour accumuler un nombre suffisant de battements consécutifs de telle sorte que le "repliement" (addition des images de même phase) nous conduise à un rapport signal sur bruit nettement plus élevé. En conclusion, cette première série d'observations a été tout à fait positive, montrant que l'observation stroboscopique du Pulsar était possible sur le T60 et devait être affinée. Une prochaine mission en période de nouvelle Lune à l'automne-hiver est donc envisagée. |
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Le montage optique... et son couvercle improvisé au Pic ;-) |
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