Pourquoi pas observer les étoiles variables ?

1. Pourquoi pas observer les étoiles variables ? Pierre de Ponthière AAVSO member (DPP) CBA Lesve www.dppobservatory.net 2010/01/30

2. Structure de l’exposé • Environnement des Variables • Définitions • But de l’ observation des Variables • Historique • Est-ce à ma portée? • Organisation en réseau • Associations • Variables  Zoo stellaire • Observation visuelle • Observation CCD

3. Définitions • Variables  étoiles dont la luminosité / brillance varie en fonction du temps. • Cycles de 1h 20m à 1 000 jours • Observation de variables  photométrie stellaire en fonction du temps =Courbe de lumière (Light Curve)

4. Pouquoi observer les Variables. Première réponse: Parce qu’elles sont variables et donc il est intéressant de les revisiter!

5. Historique • Supernovae SN185, SN1054, SN1572 • Mira 1596 • Algol 1669 • En 1786, 12 Variables découvertes • Suite à ces découvertes utilisation du télégraphe, comme moyen de communication rapide pour ces étoiles étranges...

6. Moyens de mesures • Mesures visuelles, simples jumelles / lunette / télescope.acquérir l’expérience pour identifier la Variable et apprécier la magnitude. • Mesures CCD, équipement plus complexe et temps d’apprentissage plus long. • En fonction de l’équipement – programmesadaptés: • variables différentes • à des temps différents • à des fréquences différentes

7. Les Variables à ma portée? • Les Variables n’exigent pas nécessairement des investissements importants • Il faut choisir son programme en fonction de ses possibilités. Il y en a pour tout le monde • Vous pouvez comparer vos mesures aux autres via Internet  stimulation. • Vous êtes incités à comprendre les mécanismes des étoiles variables, progression de vos connaissances,… The Sky is the limit.

8. Observations en réseau • Amateurs forment des réseaux d'observateurs • AAVSO depuis 1911 • CBA • GEOS (RR Lyrae) • avec aide et conseils fournis par des PROFESSIONNELS!!! • Vous n’êtes pas isolés. • Tamtam = Internet  communications en quasi temps réel: Variables capricieuses et souvent imprévisibles

9. Associations Européennes • AFOEV Association Française des Observateurs des Etoiles Variables http://cdsweb.u-strasbg.fr/afoev/ • GEOS Groupe Européen des Observations Stellaireshttp://geos.webs.upv.es/http://rr-lyr.ast.obs-mip.fr/RR Lyrae database • VVS Vereniging Voor Sterrenkunde, Werkgroep Veranderlijke Sterren. http://www.vvs.be/wg/wvs/

10. AAVSO American Association of Variable Star Observers • Réseau mondial www.aavso.org • 1300 membres, il n'est pas obligatoire d'être membre pour soumettre ses observations. • de 1911 à 2009  18 000 000 d'observationsrythme croissant  1 200 000 observations / an • Belgique au 3ème rang après USA et Canada  82 000 observations/an, 21 observateurs, surtout en Flandre

11. AAVSO (suite) • Support d'une équipe d'environ 15 permanentsdont un astronome professionnel spécialiste des techniques photométriques . • Base de données pour les résultats de mesures • Conseils à tous niveaux : débutants à chevronnés • Manuel pour l’observation visuelle des étoiles variables(Disponible gratuitement sur le net, en 8 langues) • Orientation de vos observations pour quelles soient utiles, campagnes organisées, "Alert Notices", etc… • Libre choix de vos Variables

12. AAVSO (suite) • Site Internet complet: cartes sur mesure avec données photométriques,groupes de discussions, publications. • AAVSOnet = réseau de plus de 7 télescopesArizona et New Mexicoobservations à la demande des membressur base d’un programme de rechercheImages transmises par Internet • 2 Meetings par an printemps et automne • Découvrir le site du AAVSO => intérêt aux Variables Astrokolkhoz Observatory (Tom Krajci)

13. CBACenter for Backyard Astrophysics • Réseau mondial spécialisé : étoiles variables cataclysmiques, mesures CCD uniquement. • 50 membres (3 en Belgique) • Dirigé également par un professionnel • Programme suggéré chaque mois et Alert Notices pour les événements imprévisibles • Magnitudes 13 à 17ouverture 20 cm minimum

14. On n’observe pas seul Joint Meeting AAVSO SAS - CBABig Bear California 2009 CBA Members Big Bear California 2009

15. Pourquoi observer les Variables? Deuxième réponse: Pourquoi ne pas être utile? Vos mesures sont uniques!! …c’est seulement par l’observation des étoiles variables que l’amateur peut diriger son modeste équipement vers une utilisation pratique, et plus loin, dans une large mesure, vers la poursuite de la connaissance dans son application à la plus noble des sciences. William Tyler Olcott, 1911 Fondateur du AAVSO.

16. Les Variables = un zoo stellaire • 30 000 connues, 14 000 suspectées • Toute étoile sera un jour variable... • Les grandes classes • pulsating variables • cataclysmic variables • eclipsing binary stars • rotating stars

17. Les Variables = un zoo stellaire (suite) Pulsating stars – expansion et compression • Cepheids • périodes 1 à 70 jours • variation de magnitude 0.1 à 2 • relation période / luminosité  étalon distance del Cep (Cepheus)

18. Les Variables = un zoo stellaire (suite) Pulsating stars – expansion et compression • Type RR Lyrae • géantes blanches • périodes 0.2 à 1.2 jours • variation de magnitude 0.3 à 2

19. Les Variables = un zoo stellaire (suite) Pulsating stars – expansion et compression • Type RV Tauri • super géantes jaunes • périodes 30 à 150 jours • variation de magnitude jusqu’à 3

20. Les Variables = un zoo stellaire (suite) Pulsating stars – expansion et compression • LPV Long Period Variables • géantes rouges • dont les Mira, semi-régulières et irrégulières • périodes 80 à 1000 jours • variation de magnitude jusqu’à 2.5 Mira (Omicron Ceti)

21. Les Variables = un zoo stellaire (suite) • Cataclysmiques • Supernova, delta magnitude 20!! • Nova, binaires, outbursts de 7 à 16 magnitude • Dwarf nova, binaires, plusieurs sous classes • etc....

22. Exemple de cataclysmique • Mécanisme d’une dwarf nova – type SU Uma • système binaire très rapproché - apparence ponctuelle y.c. pour Hubble • naine blanche massive • naine rouge gazeuse,forme de poire • disque d’accrétion • période 100 minutes • transfert de matière:10 000 millions T/sec1013kg/sec(masse solaire 2 1030 kg,solar burning rate 5 1011 kg/sec) • outbursts (éruptions) L1 hot spot

23. Exemple de cataclysmique IY Uma (type SU Uma) à éclipse 0.52 - 0.5d = 28.8min JD 2453333 = 2004/11/23 Superhump Eclipse

24. Une autre cataclysmique GSC 1874:399 (Auriga)découverte comme variable en 2004. Chaque couleur correspond à différents jours d’observation observation de 7 nuits faite pour Prof. J. Robertson (Univ. Arkansas) Variable de type: Semi-détachée à éclipse Période 6h 1m 12s ± 4s déterminée avec corrections héliocentriques Dates 2005/12/01 à 2006/01/24

25. Comment observer visuellement • Planning des observations • Liste des étoiles faciles pour débuter • Fréquence des observations est fonction du type d'étoile, • toutes les semaines • tous les jours • toutes les 10 minutes • Liste des étoiles en manque d'observation

26. Observer visuellement • Equipement • Jumelles, lunette ou télescope • Chercheur • Oculaires, champ suffisant pour localiser la Variable et les étoiles de comparaison. Pour les étoiles variables faibles un plus gros grossissement est nécessaire. • Monture équatoriale de préférence (rotation du champ en Alt-Az  où est le Nord?) • Cartes disponibles sur le site du AAVSO

27. Retrouver la Variable - Star hopping • Observation • Trouver le champ de la Variable • Star hopping avec ou sans Télescope équipé d'un GoTo

28. Mesure de la Variable • Observation • Identifier la Variable et les étoiles de comparaison • Estimer la magnitude par interpolation au début ce n'est pas évident (plus de 20 minutes la première fois…) • Etoiles de comparaison => n’utiliser que celles de la carte(cohérence avec les autres observateurs) • Fainter than  mesure utile!!!! • Précision obtenue de l'ordre de 0.3 à 0.1 mag

29. Exercice d’estimation de magnitude Mag 7.1 Mag 5.2 Mag 8.9 Mag 6.1 Fainter than 9.0 utile!! Mag 6.9

30. Rapport d’observation • Enregistrer les résultats • Nom de la Variable • Date et Heure de l'observation en TU (UT) ou en Julian Date • Magnitude mesurée de la Variable • Magnitudes standards des étoiles de comparaison • Identification de la carte utilisée • Notez les conditions qui peuvent affecter la mesure (nuages, brouillard, Lune,..) • Envoyer son rapport de mesure • par Internet (encore toujours possible aussi par fax et par courrier postal)

31. Rapport d’observation

32. Rapport d’observation

33. Observer avec une CCD

34. Avantages des CCD • Meilleure précision  0.02 mag à 0.001 mag • Etoiles plus faibles accessibles donc plus nombreuses • Automatisation possible et nécessaire pour les « time-series » (observation continue de la même Variable durant plusieurs heures)

35. Inconvénients des CCD • Prend plus de temps • Plus compliqué, temps d'apprentissage plus important • Nombreux paramètres à maîtriser • échantillonnage spatial, temps de pose, focalisation,linéarité du détecteur, FWHM, SNR, etc... • Beaucoup de rigueur, volume important de données • Plus coûteux • Connaissance informatique nécessaire • Visuel et CCD sont complémentaires • Expérience du visuel souhaitable pour aborder la CCD?? Les inconvénients ne sont pas liés aux Variables mais à la CCD

36. Equipement pour la CCD • Lunette ou télescope, Chercheur. • Monture équatoriale indispensable (rotation du champ). • Caméra CCDmonochrome • de préférence « non Anti Blooming Gate » (linéarité) • de préférence refroidie et avec régulation de température • compatibilité avec logiciels • Filtre V pour photométrie différent du G de la série “R G B” • minimum filtre V, les caméras  réponses fréquentielles différentes. Indispensable pour mesures cohérentes. • roue à filtre si utilisation de plusieurs filtres • Logiciel(s) • contrôle de la caméra, télescope, (focuser, dome,...) • photométrie, (astrométrie). • Utiles • Réducteur de focale : élargissement du champ • Pilier fixe, abri à toit coulissant, coupole • Carte informatisée du ciel, GSC, USNOA2 (300 000 000 d'étoiles)

37. Opérations avec CCD • Calibrage de la caméra : • bias • darks à la température utilisée et temps de pose = images • flats pour le filtre utilisé et après chaque montage du filtre • Trouver le champ de la variable (visuel plus simple). • Image CCD + programme astrométrie  localisation plus facile et centrage pouvant être automatisé • Prise des clichés • de quelques clichés successifs, si une mesure suffit • à plusieurs centaines « time-series » des cataclysmiques • Calibrage des images, bias, darks et flats, généralement automatisé (maîtrise du processus) • pas de techniques d’amélioration de la qualité visuelle de l’image!! • Éventuellement empilement d’images  SNR

38. Photométrie de l’image CCD Par comparaison avec les étoiles voisines comme pour le visuel. Le choix des diamètres des cercles de mesure est important.

39. Photométrie de l’image CCD BG CMi - Polaire Intermédiaire (IP – DQ Her)7 heures d’observation 19h à 2h UT Périodes: 2.95 h (éclipse?) et 15.2 min (spin?)

40. Analyse des résultats • Evaluation de l’écart-type (standard deviation) de la mesure avec Excel (quantifier les limites des erreurs de mesure) • Calcul de l’ « Airmass », critique des résultats • Analyse du comportement périodique • analyse de type Fourier de la courbe de lumière (light curve) • période de la Variable, évolution de la période Correction héliocentrique

41. Rapport envoyé par email – rapport type envoyé au CBA ------------------------------------------------------ PHOTOMETRIC CCD OBSERVATIONS OF Var Cam 06 ------------------------------------------------------ Observer : Pierre de Ponthiere, CBA Lesve, Belgium Internet: pierredeponthiere@gmail.com http:www.dppobservatory.net Instruments: 0.2-m f/10 SCT LX200GPS Meade, f/6.78 with Alan Gee focal reducer, ST-7XMEI SBIG CCD Differential magnitudes ------------------------------------------------------ Observations for December 22th 2006 ; JD 092.238 to 092.485 Unfiltered exposures Exposure duration : 150 sec (stack of 5 exposure of 30sec) Obj1 Var Cam 06 Ref1 GSC 4344:1160 12.9mag Chk1 USNO 14.69 mag stdev = 0.015 T (JD) Obj1 Ref1 Chk1 2454092.2377 15.714 12.900 14.979 2454092.2400 15.638 12.900 14.957 2454092.2422 15.611 12.900 14.995 2454092.2443 15.728 12.900 14.997 2454092.2464 15.655 12.900 14.997 2454092.2486 15.689 12.900 15.003 2454092.2507 15.687 12.900 15.006 2454092.2529 15.661 12.900 14.997 2454092.2550 15.634 12.900 15.007 2454092.2572 15.646 12.900 14.997

42. Et ensuite ... • Mesures avec différents filtres • B, V, R, I • Mesure des coefficients de Transformation  calibrage des filtres • Application des coefficients de Transformation • All Sky Photometrymesures différentielles  limitées au champ de la CCDAll Sky Photometry  sur plusieurs champs différents • nécessaire pour établir des « séquences calibrées » • ciel parfait dit « photométrique » • phénomène d’ extinction (Airmass = épaisseur de l’atmosphère est variable)  corrections • limite entre amateurs et professionnels • Spectrographiedéjà disponible pour les amateurs (à coût élevé et pour étoiles brillantes)

43. Fièvre de l’ouverture et Pollution Lumineuse Mesures UNIQUES de qualité et utilesavec des ouvertures moyennes Observations des Variables en visuel et CCDsouffrent dans une moindre mesuredu manque de qualité du cielpar rapport à l’observation du “Ciel profond” Les Variables = un moyen de soigner nos frustrations?

44. RappelVisuel et CCD sont complémentaires Alerte donnée par les observateurs visuels Surveillance continue (fainter than) Time Series avec CCD

45. Liens importants AAVSO American Association of Variable Star Observerssite complet (base de données des « light curves », cartes, conseils, groupes de discussion, etc...). A mon avis le meilleur site!www.aavso.orgManuel pour l’observation visuelle des étoiles variables http://www.aavso.org/publications/manual/CCD Observing Manual http://www.aavso.org/observing/programs/ccd/manual/ CVnet Cataclysmic Variable networkSite donnant les dernières informations sur les CV, interviews de professionnels, bonne introduction aux CV. Compilation des données fournies au AAVSO.http://home.mindspring.com/~mikesimonsen/cvnet/index.html CBA Center for Backyard Astrophysicssite spécialisé pour les Cataclysmiques, reprend entre autres le programme suggéré pour le mois à venir, groupe de discussion, alert notice par email.http://cba.phys.columbia.edu/

46. Littérature • Understanding Variable Starsby John Percy Cambridge University Press 2007Etudie tous les types de Variables. Ouvrage recommandé. Disponible chez Amazon.com • Cataclysmic Variable Stars – How and why they varyby Coel Hellier – Springer – Praxis 2001 Le seul ouvrage à ma connaissance donnant une description des Variables Cataclysmiques à la fois détaillée et compréhensible par les amateurs. Disponible chez Amazon.com • An Introduction to Astronomical Photometry Using CCDsby W. Romanishin Universitiy of OklahomaLivre de 175 pages reprenant un cours universitaire de niveau accessible sans trop de mathématiques, agréable à lire. Disponible gratuitement sur Internet.http://observatory.ou.edu/wrccd22oct06.pdf • Astronomical Photometry: Text and Handbook for Advanced Amateur and Professional Astronomerby Arne Henden and K. Kaitchuck - William-BellLa bible!! Nouvelle édition en 2010? • A Practical Guide to Lightcurve Photometry and Analysisby Brian D. Warner - Springer 2006 Disponible chez Amazon.com

47. Observer les Variables? Oui bien sûr, c’est passionnant et utile Visuel et CCD  complémentaires. Citation du AASVO: Practice, practice, practice. And don't forget to enjoy yourself. Merci pour votre attention.

48. THE END