Star’Ex sur la piste des exocomètes !

[Guillaume BERTRAND 1 679]

Bonjour à toutes et tous,
Désolé ce qui suit est un peu long... le sujet est (je trouve) passionnant, j'ai pas réussi à faire plus court
Ce que je présente ci-dessous n’a aucune valeur scientifique, l’objectif est juste de pouvoir en tant qu'amateur, comprendre et reproduire le processus utilisé par les professionnel.le.s...
Si je raconte des bêtises, n’hésiter pas à me corriger !
 

En 1984, Roger Ferlet et al. détectent pour la première fois des exocomètes autour le l’étoile β Pictoris. A l’époque, pour être pris au sérieux, ils parlaient de FEB pour “falling evaporating body” au lieu du mot “exocomète” En même temps il n’était pas encore question d’exoplanète ! La technique de détection de ces exocomètes repose sur de la spectrographie. Ferlet et al, ont remarqué d’étroites raies en absorptions au cœur de la raie K du calcium ionisé (Ca II K). Il a fallu plusieurs années pour construire les modèles (Lagrange et al. 1986; Beust et al. 2000) permettant de comprendre et interpréter les observations. Toute une série d’article sur le sujet à été publiée de 1985 à 1998.

 

Voici ci-dessous les spectres (centre de la raie du calcium ionisé Ca II-K) de l’étoile β Pictoris (Ferlet et al. 1984). En trait plein gras à environ 22 km/s une absorption correspondant à la composante stable du disque de gaz circumstellaire. Les autres spectres montrent des variations de cette raie ou bien des absorptions secondaires légèrement décalées vers le rouge. Ces variations sporadiques sont attribuées à des transits (coma de gaz) d’exocomètes.

 

Spectres tirés de l’article “The Beta Pictoris circumstellar disk, R. Ferlet et al, 1987”
https://articles.adsabs.harvard.edu/pdf/1987A%26A...185..267F

A ce jour nous connaissons une quarantaine d’étoiles présentant des signatures similaires. En parcourant la littérature, mon attention à été retenu par l’étoile HD217782 (2 And). Elle est assez brillante (magnitude 5) et bien placée dans le ciel d’été. Son disque de gaz (en partie lié à l’activité cométaire) ainsi que des FEBs sont détectables dans les raies du calcium ionisé (Ca II H et K) et également dans les raies du sodium (Na I). J’ai l’intuition que ce disque de gaz (et des FEBs ?) peuvent peut être détectés par les amateurs.

Observation du disque de gaz

 

J’ai donc observé 2 And en haute résolution (R≈20000) avec un spectrographe Star’Ex et une lunette de 72mm. Le spectro à été réglé pour observer le doublet du sodium (Na I). L’étoile 2 And (HD217782) est de type spectral A3V et tourne rapidement sur elle même (vsini ≈ 230 km/s). Cette rotation rapide à pour effet d’ellargir les raies. Cela se traduit, au niveau du doublet du sodium, par un petite raie en absorption très élargie au lieu de deux raies fines bien marquées.

Pour l’exercice j’ai réalisé 2 spectres d’étoile de la séquence principale de type spectral A : Vega et Altaïr.
Vega tourne sur elle même à environ 20 km/s contre plus de 200 km/s pour Altaïr. Nous avons donc un différence notable entre les spectres en haute résolution. Comme prévu Vega affiche deux belles raies du sodium, peu profonde, mais tout de même bien présentes. Par contre rien sur Altaïr, les 2 raies du sodium sont très élargies et se retrouvent complétement confondues et aplaties. Le spectre attendu de 2 And devrait être très similaire à celui d’Altaïr. Le type spectral est proche et la vitesse de rotation (vsini) quasi identique. Sauf que, et c’est là que ça devient intéressant, le résultat est différent !

On retrouve le profil photosphérique attendu avec une raie très élargie et peu profonde mais à cela s’ajoute deux absorptions. L’origine de ces absorption, dites non-photosphériques, peut provenir de l'environnement proche de l’étoile (disque circumstellaire - CS) et/ou de nuages du milieu interstellaire local (ISM, Redfield & Linsky 2008). Pour résumer très grossièrement, il est possible de trancher entre les deux hypothèses en fonction de la vitesse radiale des absorptions observées. Dans le cas de 2 And l’hypothèse admise pour expliquer l'origine de l'absorption principale est qu’il s’agit de la composante stable du disque de gaz (1). Après correction de la vitesse héliocentrique, la position moyennes des absorptions détectées se situent à environ -9 km/s par rapport au raies Na I au repos. C’est en très bon accord avec le résultat attendu qui est de -9.2 km/s (Rebollido et al).

 

Spectre lumière blanche, lors du réglage du spectrographe Star’Ex, avec les deux raies du doublet du Sodium (Na I) décentrées vers la gauche.

 

Spectre brut de l’étoile 2 And - 72ED + Star’Ex HR - 1500s de pose, fente de 10µm.

 

Spectre de Vega, Altaïr et 2 And lors de la première nuit d’observation. En haut les spectres réduits et normalisés et en bas la même chose après le retrait des raies telluriques. Le spectre attendu de 2 And après retrait des raies telluriques devrait être très similaire à celui d’Altaïr. En bas, les spectres sont également corrigés de la vitesse héliocentrique.

 

Exocomètes ?

 

 

Bien que la signature détectée ci-dessus (absorption stable) est (dans le cas de 2 And) pour partie alimentée par l’évaporation des exocomètes dans l'environnement circumstellaire immédiat ce n’est pas suffisant pour en conclure qu’il s’agit d’un “transit” d’exocomète.

Afin d’aller plus loin, il faut maintenant essayer d’observer des variabilités dans le disque, variabilités assimilées à des FEB pour “falling evaporating body” . Ces FEB prennent la forme d’absorptions visibles de manière sporadique de forme et position variables. Ils apparaissent lors de transit d’exocomètes en cours d'évaporation (coma de gaz).

 

Pour mieux comprendre à quoi le phénomène ressemble, voici ci-dessous un exemple de FEB détecté sur l’étoile HD182919 (5 Vul).
Spectre du cœur de la raie Ca II K, extrait de l’article de Rebollido et al (1). Le FEB est situé à environ 25 km/s, courbe rouge correspondant à l’observation du 14 juillet 2016.

 

 

L’idée est donc de suivre l’étoile sur plusieurs nuits et de voir si il est possible de détecter une variation significative qui pourrait être assimilée à un transit d’exocomète. Le retrait des raies telluriques est assez délicat dans la région du sodium, il y en a partout ! Cela ajoute de l’incertitude au profil des spectres. Le rapport signal bruit (RSB≈100) assez faible au vu du diamètre de la lunette utilisée (72mm) n’arrange rien. Il est donc peu probable que la qualité finale des spectres permettent la détection des petits transits mais je tente tout de même un suivi sur plusieurs nuits, on ne sait jamais

 

J’ai travaillé lors des trois premières nuits avec une fente de 15 microns (R≈20000) puis je suis ensuite passé sur une fente de 10 microns (R≈25000) afin de gagner quelques points de résolutions.

Premier constat, l’absorption principale (composante stable du disque de gaz) située à environ 9 km/s est très plutôt très stable, aucune déformation majeure est détectée. Deuxième constat, il y a des variations d’une nuit à l’autre mais difficile de dire si ces variations sont réelles ou bien liées à l’incertitude engendrée par le retrait des raies telluriques et le mauvais RSB. D’autant plus que les raies liées au disque de gaz ne sont pas résolues, elles sont en réalité très étroites. Je ne me risquerais pas à essayer d’interpréter les petites variations de largeur équivalente que je pourrais mesurer ici…

 

 

Le mauvais temps s’installe pour plusieurs jours, donc je stop cette campagne d’observation pour le moment… J’y reviendrais. J’aimerais retenter du coté de la raie du calcium ionisé Ca II K.

Il y a aussi 5 Vul, une autre cible brillante connue pour ses exocomètes, qui est bien placé dans le ciel pour ce type de campagne. A priori, beaucoup plus de FEBs sur cette cible, mais des raies moins profondes et très fines.

Toutes les références et lien vers les papiers sont en bas de cette page : https://guillaumebertrand.notion.site/Star-Ex-sur-la-piste-des-exocom-tes-8fe7a44acfdd4680843a68f379cf3728?pvs=4

 

Guillaume

Modifié 22 juillet 2023 par Guillaume BERTRAND

[AlSvartr 3 056]

On avait discuté de cette observation lors d’une préparation de mission à St Veran avec le Musicos il y a quelques années  mais ça ne c’était finalement pas fait.
 

C’est très très balaise et prometteur, bravo! Avec le LHIRES je ne peux pas suivre 😅

[Guillaume BERTRAND 1 679]

il y a 1 minute, AlSvartr a dit :

On avait discuté de cette observation

Ah super Vous aviez 2 And comme cible en tête ? Ou autre étoile ?

[AlSvartr 3 056]

Je ne sais plus trop, l’idée ne venait pas de moi, et ça fait quelques années. 

Modifié 22 juillet 2023 par AlSvartr

[maxip 339]

Bravo Guillaume, c'est toujours un plaisir de suivre tes aventures cosmiques, ... j'aime bien tes dessins aussi.

[cbuil 3 538]

Très intéressent, et comme toujours très bien documenté, avec une recherche de références. A poursuivre bien sur ! J'aime toujours autant que ce soit fait avec un petit diamètre.

Sur les raies du calcium il faut faire attention à l'activité chromosphérique, mais sur des étoiles chaudes je je suis pas sur que l'on voitcette source perturbatrice.

 

Une question : comment tu as retiré les raies telluriques, ce qui est critique ? Via specINTI  ?

 

Christian

Modifié 22 juillet 2023 par cbuil

[artemis 2 960]

Bonjour Guilaume,

Voila un sujet passionnant, bravo pour tes premiers travaux !!

Je vais suivre la suite avec intêret

 

Xavier

[JPMasviel 939]

Guillaume,

 

Sujet très intéressant.

Aux dernières Rencontres du Ciel et de l'Espace, Alain Lacavellier avait justement fait une conférence sur les exocomètes:

https://youtu.be/NXg9LcSqs2E

 

Après la conférence, je lui avait posé quelques questions pour savoir ce que les amateurs pourraient éventuellement faire dans ce domaine. Mais il y avait d'autres personnes, donc pas trop le temps d'approfondir.

 

Il y a eu beaucoup de travaux autour de Beta Pic, mais j'avais trouvé dans la littérature une cible observable depuis l'hémisphère nord. lumineuse et accessible pour un starex (mais je ne suis pas chez moi actuellement et je n'ai pas accès à ma documentation).

 

 

 

[Guillaume BERTRAND 1 679]

Il y a 16 heures, maxip a dit :

Bravo Guillaume, c'est toujours un plaisir de suivre tes aventures cosmiques, ... j'aime bien tes dessins aussi.

Merci Maxime

Pour les dessins, faudrait que je m'y remette, le T400 prends la poussière.

J'avoue qu'en ce moment, dès que la météo est ok et que je suis dispo, c'est prio à la spectro...

 

[Guillaume BERTRAND 1 679]

Il y a 15 heures, cbuil a dit :

Sur les raies du calcium il faut faire attention à l'activité chromosphérique, mais sur des étoiles chaudes je je suis pas sur que l'on voitcette source perturbatrice.

De mémoire l'activité chromosphérique est visible que pour les types spectraux G, K et M donc à priori pas de souci effectivement sur les étoiles chaudes.

 

Il y a 15 heures, cbuil a dit :

Une question : comment tu as retiré les raies telluriques, ce qui est critique ? Via specINTI  ?

Très bonne question... c'est un point vraiment critique. Lors de mes premiers traitements "à la va-vite" j'ai cru plein de fois détecter de beaux FEBs et en fait en repassant sur le truc c'était juste le retrait H2O mal fait. Donc c'est un truc à prendre au sérieux.

 

J'ai utilisé deux méthodes : ISIS et automatique (script python de Valérie adapté pour la région du sodium).
Les résultats sont très proche mais au final ce qui marche le mieux dans ce cas là c'est ISIS je trouve. Ça permet vraiment de bien voir ce que l'on fait mais avec un risque de ne pas être constant sur le retrait et de générer des artefacts aléatoires Je vais retenter avec specINTI pour voir la différence.

 

A noter un effet que je n'avais pas perçu autant autour de la région halpha. La résolution en fonction de la longueur d'onde semble plus variable dans le jaune que dans le rouge (c'est peut être logique). Et du coup le retrait des raies tellurique sur une "grande" plage de longueur d'onde est difficile car la résolution des raies n'est pas constante. Surement lié au chromatisme de la lunette et de star'ex ?

 

Bref pas facile de bosser dans cette région bien polluée par les raies telluriques... Ce sera plus simple sur ce point du coté du calcium. Mais il y aura d'autres problèmes Calibration plus compliqué, effet a détecter beaucoup plus subtile etc.

 

 

 

Modifié 23 juillet 2023 par Guillaume BERTRAND

[Guillaume BERTRAND 1 679]

Il y a 10 heures, JPMasviel a dit :

Sujet très intéressant.

Aux dernières Rencontres du Ciel et de l'Espace, Alain Lacavellier avait justement fait une conférence sur les exocomètes:

https://youtu.be/NXg9LcSqs2E

 

Après la conférence, je lui avait posé quelques questions pour savoir ce que les amateurs pourraient éventuellement faire dans ce domaine. Mais il y avait d'autres personnes, donc pas trop le temps d'approfondir.

 

Il y a eu beaucoup de travaux autour de Beta Pic, mais j'avais trouvé dans la littérature une cible observable depuis l'hémisphère nord. lumineuse et accessible pour un starex (mais je ne suis pas chez moi actuellement et je n'ai pas accès à ma documentation).

Merci pour le lien Jean-Pierre, j'avais déjà vu cette vidéo Très intéressant.

Si nous avions accès à Beta Pic je pense que ce serait facile vu l'amplitude et la fréquence des FEB !

 

Intéressé pour savoir quelle cible tu avais repéré ! J'ai fait pas mal de recherche et de mon coté les deux plus faciles que j'ai mis de coté sont 2 And et 5 Vul.
 

[Guillaume BERTRAND 1 679]

Hop je mets ça là, je viens de tomber sur cette vidéo. Pas encore regardé mais je crois que je vais encore apprendre plein de chose
https://fb.watch/lZcaDSs4cV/

[Alef 2 545]

Très bien ton observation, joli travail intellectuel puis matériel.

Mais deux points me viennent :

- pourquoi ne pas partager le travail et essayer d'observer la même étoile avec plusieurs matériel pour voir si les résultats se retrouvent sur les données des autres

- l'autre point c'est la lunette, peut être qu'un petit C8 te permettrait plus de flux et un meilleur RSB ?

En tout cas ça va dans le sens de Staros ou BeSS, les données à plusieurs c'est toujours mieux.

[Guillaume BERTRAND 1 679]

il y a 7 minutes, Alef a dit :

- pourquoi ne pas partager le travail et essayer d'observer la même étoile avec plusieurs matériel pour voir si les résultats se retrouvent sur les données des autres

Hello Etienne,

Merci pour ton retour.

En partageant ces observations et la démarche associée maintenant (alors que j'ai fait que la moitié du chemin) j'ouvre la porte aux autres amateurs motivés Carrément d'accord pour faire des observations groupés. Mais bon ça s'organise et c'est du temps.  Nous avons déjà une belle campagne (alpha dra) qui se termine et d'autres à venir avec STAROS.

En ce qui concerne la lunette oui c'est vraiment limite... et en même temps c'est ça qui est drôle ! Pas certain que je serais sorti autant avec un matos plus gros. La la mise en place en 5min est clé pour moi afin de mener ce genre d'obs sur plusieurs nuits.

 

++

G

Modifié 24 juillet 2023 par Guillaume BERTRAND

[Alef 2 545]

En fait ce que je voulais dire c'était plutôt d'observer le même jour, à la même heure ou minutes, pour voir si les résultats sont les mêmes d'un observateur à l'autre, ça permettrait d'avoir une meilleure statistique, c'est pas évident mais si on retrouve les mêmes résultats on se rapproche du vrai en partie lol.

[JPMasviel 939]

Le 23/07/2023 à 07:51, Guillaume BERTRAND a dit :

Intéressé pour savoir quelle cible tu avais repéré !

Guillaume,

 

J'avais trouvé un article sur phi leonis:  "Exocomet signatures around the A-shell star φ Leonis ?"

https://www.aanda.org/articles/aa/pdf/2016/10/aa29514-16.pdf

Tu l'as peut-être déjà vu lors de tes recherches.

 

Cette étoile est assez brillante (mag 4,46),  une cible pour l'hiver avec des nuits longues.

Je n'ai pas de Star'Ex, uniquement Sol'Ex, mais ce que propose Azur3DPrint a l'air très intéressant, s'il devient possible de passer facilement de la configuration Sol'Ex à la configuration Star'EX.

 

6. Conclusions
Our intensive monitoring of φ Leo showed that its spectrum is
very rich in redshifted absorption events, which might be ac-
companied in some cases by broad wings and even blueshifted
absorptions. These sporadic events are similar to those in β Pic
and can be most plausibly explained as exocomets that graze the
star or fall onto the stellar surface. Assuming this scenario, it is
intriguing how a relatively old 500−900 Myr star such as φ Leo,
which does not have any known associated debris disk, can pos-
sess such a rich environment that hosts minor bodies. Another
interesting aspect is the origin of what might be a triangular-
shaped stable CS absorption component in the Ca ii lines. Ad-
ditional monitoring is clearly needed to better characterize the
sporadic events and the stable component by comparing them
with similar stars.

 

Jean-Pierre

 

 

 

Modifié 24 juillet 2023 par JPMasviel

[Guillaume BERTRAND 1 679]

il y a 40 minutes, JPMasviel a dit :

J'avais trouvé un article sur phi leonis:  "Exocomet signatures around the A-shell star φ Leonis ?"

https://www.aanda.org/articles/aa/pdf/2016/10/aa29514-16.pdf

Tu l'as peut-être déjà vu lors de tes recherches.

Salut Jean-Pierre @JPMasviel

Merci pour le lien

Yes je l'avais repérée !

Je l'avais mise de coté pour le moment pour deux raisons :

- Pas la bonne période pour la constellation du Lion.
- Et les signatures FEBs à détecter semble vraiment très ténues. Pas certain que ce soit jouable avec Star'Ex. Les spectres présentés dans le papier ont une résolution de 85000 !
 

Je garde de coté. Un ou deux spectres cet hiver pour voir ça ne coute rien

Ci-dessous extrait de : https://www.aanda.org/articles/aa/pdf/2020/07/aa36071-19.pdf

Ça correspond à la partie stable du disque de gaz.

 

 

Guillaume

 

Modifié 24 juillet 2023 par Guillaume BERTRAND

[Guillaume BERTRAND 1 679]

Il y a 1 heure, Alef a dit :

En fait ce que je voulais dire c'était plutôt d'observer le même jour, à la même heure ou minutes, pour voir si les résultats sont les mêmes d'un observateur à l'autre, ça permettrait d'avoir une meilleure statistique, c'est pas évident mais si on retrouve les mêmes résultats on se rapproche du vrai en partie lol.

Yes je comprends C'est une bonne idée !

[cbuil 3 538]

J'ai observé dans l'UV la nuit dernière avec Star'Ex sur une lunette de 107 mm (Askar 107PHQ), d'abord Vega, puis Altair, et enfin la fameuse 5 Vul (pour cette dernière observation malheureusement interrompu par l'arrivée de l'orage, il pleuvait 30 minutes après, heureusement Star'Ex est étanche)  :

 

 

 

 

Comme je ne sais pas trop ce qu'il faut voir sur 5 Vul, j'ai du mal à juger. On devine une légère déformation de la raie K, à la limite du bruit, mais je doute que ce soit ce qu'il faut détecter. D'après ce que je peux juger dans la littérature, la signature est bien plus discrète et demande du R = 50000. Tout ceci ne me parait pas évident...

 

Je peux monter à R = 10000 avec Star'Ex dans l'UV, mais pas mieux et avec perte de flux sensible (fente plus étroite).

 

Christian

 

 

Modifié 24 juillet 2023 par cbuil

[Guillaume BERTRAND 1 679]

Salut Christian,

Top tes spectres ! Merci d'avoir tenté...
Mais 10000 de résolution c'est vraiment trop peu pour espérer voir le disque de gaz et des FEBs pour cette étoile.

 

Voici ce qu'il faut voir pour 5 Vul (graphi ci-dessous) :
L'absorption principale à -23km/s correspond à la composante stable du disque de gaz (alimenté par des exocomètes).

Et sur la courbe rouge un événement transitoire à 25km/s de type FEB correspondant probablement à un transit de queue d'exocomète.

Comme tu peux le voir il s'agit d'une absorption très étroite avec un impact sur le continuum de seulement de -0.03, et -0.01.

Autant dire mission impossible
C'est vraiment le max R=10000 avec Star'Ex du coté de l'UV ? tu avais quoi comment largeur de fente ?
J'avais imaginé que j'étais plus haut en résolution lors de mes travaux sur l'effet wilson-bappu... Je vais ressortir mon spectre de vega pour voir.

 

 

 

Par contre pour 2 And et φ Leonis c'est beaucoup plus marqué !

Jouable dans le sodium pour 2 And et accessible dans le calcium pour φ Leonis (voir les spectres postés plus haut pour Jean-Pierre).

Si on avait accès à Beta Pic ce serait tellement plus simple

 

Bonne journée

Guillaume

EDIT :

 

Mon spectre de VEGA dans la même région l'an dernier (72ED  + Star'Ex), en fait pas beaucoup mieux en terme de résolution :

 

 

Modifié 25 juillet 2023 par Guillaume BERTRAND