1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1 Le but de ce livre 1
1.2 Les prérequis en astronomie 2
1.3 Les unités, conventions et valeurs physiques en spectroscopie 3
1.3.1 Longueurs d’onde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.3.2 La résolution spectrale d’un spectrographe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.3.3 Domaines de longueur d’onde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.3.4 Les ADU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.3.5 Fichiers 1D et 2D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.3.6 Zone de binning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.3.7 Zones de soustraction du fond de ciel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.3.8 Coordonnées d’un objet céleste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.3.9 Offsets, noirs, PLU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.3.10 Le rapport F/D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.4 Les spectrographes 7
1.4.1 Fabriquer son spectrographe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.4.2 Acheter un spectrographe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.4.3 Les spectrographes utilisés dans ce livre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.4.4 Le Star Analyser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.4.5 L’Alpy 600 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.4.6 Le LISA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.4.7 L’UVEX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.4.8 Le LHIRES III . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.4.9 L’eShel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.5 Les logiciels pour la spectrographie 17
1.5.1 Visual Spec . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.5.2 ISIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.5.3 Demetra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.5.4 Spec INTI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2 La température des étoiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.1 Les classes spectrales 19
2.2 La sélection des cibles 24
2.3 L’acquisition des spectres 26
2.4 Mise en valeur des résultats 28
2.5 Estimation de la température d’une étoile 31
2.6 Bibliographie 35
3 Le redshift des galaxies et des quasars . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.1 Un peu d’histoire 37
3.2 Le choix des cibles 40
3.3 Réaliser le spectre d’une galaxie 43
3.3.1 Cible non ponctuelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3.3.2 Cible ponctuelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
3.4 Les méthodes de calcul 46
3.5 Exemple avec NGC 7469 49
3.6 Identifier les raies spectrales de la galaxie NGC 7469 50
3.7 Corriger le spectre de la vitesse héliocentrique 51
3.8 Mesurer la position des raies spectrales 54
3.9 Redshifts importants : z >1, le quasar du « Parachute d’Andromède » 56
3.10 Cas de galaxies particulières 59
3.11 Trouver l’intrus 61
3.12 Référentiel de mesure d’un redshift 62
3.13 Bibliographie 63
4 La spectro-imagerie de nébuleuses . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
4.1 Principes de la spectro-imagerie 66
4.2 Choix de la cible 67
4.3 Cas pratique sur M57 71
4.4 Le traitement des séquences spectrales 73
4.5 Reconstitution des images 76
4.6 M57 dans diverses longueurs d’onde 81
4.7 Faire de la science avec les nébuleuses planétaires 82
4.8 Dérougir un spectre 84
4.9 Le décrément de Balmer 86
4.10 Le décrément de Balmer représenté sur une image 89
4.11 Calcul de la température électronique 92
4.12 La carte de température d’une nébuleuse 96
4.13 Calcul de la densité électronique 98
4.14 La carte de densité d’une nébuleuse 100
4.15 Bibliographie 100
5 Le suivi des étoiles Be . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
5.1 Observer les étoiles Be 105
5.1.1 La moyenne et haute résolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
5.1.2 Les spectrographes échelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
5.1.3 La basse résolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
5.2 Choisir les cibles à observer : la base BeSS 108
5.3 Déposer votre premier spectre dans la base BeSS 109
5.4 Les divers profils des étoiles Be 112
5.5 Détecter un outburst 114
5.6 Mesures et suivi sur du long terme 115
5.7 Mesure des pics V et R d’une raie spectrale 124
5.8 Mesure de la largeur équivalente (LE) 125
5.9 Bibliographie 130
6 Les spectres de novae et supernovae . . . . . . . . . . . . . . . . 133
6.1 Nova ou supernova ? 133
6.2 Où trouver les informations ? 134
6.3 Les novae 135
6.4 Observer le spectre d’une nova 138
6.4.1 Les spectres en basse résolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
6.4.2 Les spectres en moyenne/haute résolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
6.5 Le profil de type P Cyg 141
6.6 Convertir un graphe longueur d’onde en vitesse 142
6.6.1 Avec le logiciel ISIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
6.6.2 Avec un script Python . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
6.7 Un cas pratique avec la nova V339 Del 145
6.8 Les supernovae 150
6.8.1 Supernovae de type Ia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
6.8.2 Autres types de supernovae . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
6.9 Acquérir le spectre d’une supernova 154
6.10 Exemple avec SN 2021 pit 155
6.11 Calculer la vitesse de l’éjecta de la supernova 158
6.12 Bibliographie 161
7 Confirmer une nébuleuse planétaire . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
7.1 L’histoire de la nébuleuse planétaire LDu 1 164
7.2 Comment confirmer une nébuleuse planétaire ? 171
7.3 Exemples de spectres obtenus 172
7.3.1 Pre 24 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
7.3.2 Ra 69 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
7.3.3 Hu 6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
7.3.4 DeGaPe 32 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
7.3.5 Pa 30, un objet très bizarre. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
7.4 Bibliographie 183
8 Mesurer une vitesse de rotation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
8.0.1 Influence de l’inclinaison de l’axe de rotation . . . . . . . . . . . . . . . 188
8.1 La rotation des planètes 189
8.2 Cas pratique avec Jupiter 190
8.3 La rotation de Saturne et de ses anneaux 195
8.4 Largeur d’une raie à mi-hauteur 198
8.5 Mesure de la vitesse de rotation en fonction de sa FWHM 202
8.6 La rotation du disque d’une étoile Be 203
8.7 La rotation de matières proche d’un trou noir d’une galaxie 208
8.8 La rotation des bras de la galaxie M77 212
8.8.1 Conversion distance en pixels / distance en parsecs . . . . . . . . . . 217
8.8.2 Un indice de matière noire ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220
8.9 Bibliographie 221
9 Séries temporelles en spectroscopie . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
9.1 Les graphiques 2D dynamiques 226
9.2 BW Vul, une étoile puissante à courte période 229
9.2.1 Traitement d’une série avec ISIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231
9.3 Étudier RR Lyr 234
9.4 Étudier le scintillement des raies spectrales 237
9.5 Bibliographie 242
10 Les binaires spectroscopiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245
10.1 Principe de mesure des binaires spectroscopiques 245
10.2 Un peu d’histoire 247
10.3 Observer une binaire spectroscopique 249
10.4 Cas pratique avec Mizar A 251
10.5 Ordonner les spectres selon la phase 252
10.6 L’évolution spectrale de Mizar A 254
10.7 Mesurer la période d’une binaire spectroscopique : le périodogramme 256
10.8 L’excentricité d’une orbite 261
10.9 HIP 45080, une binaire à faible excentricité 263
10.10 HIP 26241, une binaire à forte excentricité 264
10.11 Impression 3D de la période d’une binaire spectroscopique266
10.12 Bibliographie 270
11 Mesurer des filtres, des fentes et autres... . . . . . . . . . . . . . 273
11.1 AVERTISSEMENT : Précautions à prendre ! 274
11.2 Fabriquer son banc test de filtres 275
11.3 Le Lab’Ex avec un Alpy 600 ou un Star’Ex ? 276
11.4 Le module lumière 278
11.5 Mesurer la bande passante d’un filtre 279
11.6 Cas pratique avec 3 filtres SHO à bandes étroites 281
11.7 Mesurer une source de lumière 284
11.8 La signature spectrale d’un liquide 286
11.9 Mesurer la largeur d’une fente 288
11.10 Bibliographie 291
