© Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras ESPRIT… …es-tu là? Séminaire Astroqueyras / Meudon Mai 2004 Olivier Thizy

© Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras Agenda n Théorie du Traitement ESPRIT [14h-15h] –Linux / Installation –Quelques Outils (FitsView, DISP) –GEOMETRY –WCAL –EXTRACT

© Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras ESPRIT n Echelle Spectra Reduction: an Interactive Tool n Programmes écrits (en C) par Mr Donati n Dédiés à la réduction automatique de spectres polarisés ou non n extraction optimale du spectre à échelle –forme des ordres est non linéaire –projection de la fente n’est pas parallèle aux lignes ou colonnes du capteur CCD n Tourne sous Unix ou Linux

© Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras Trois programmes en Un n GEOMETRY –Calcul de la géométrie du spectre dans l’image. n WCAL (Wavelength CALibration) –Calibration en longueur d’onde de l’image (pour chaque ordre, modèle 2D) n EXTRACT –Extraction optimale du signal spectral n Et en bonus: –HPF: extraction d’une coupe de l’image –DISP: affichage spectres

© Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras Installation n Marche sous Mandrake 9.0… mais doit aussi marcher sous RedHat, Mac OS 10… n Nécessite PGPLOT (compilateur Fortran!) n Script d’installation de Jean-Bernard Emond n Procédure d’installation et d’utilisation en cours de rédaction (voir travaux pratiques) n Avoir son «Linux pour les nuls» avec soi !!! n Avoir son «Linux pour les nuls» avec soi !!! n Utiliser FITSView pour visualiser les images

© Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras Fichiers Utiles n ftp://ftp.astro.caltech.edu/pub/pgplot/pgplot5.2.tar.gz ftp://ftp.astro.caltech.edu/pub/pgplot/pgplot5.2.tar.gz –Programme PGPLOT (graphiques sous Linux) n display.tar –quelques programmes de visualisation n ech.tar –logiciel Esprit proprement dit n lib.tar –bibliothèque de programmes utilisés par Esprit n data.zip –les fichiers exemples fournis par Coralie Neiner (pas indispensables, mais utiles pour suivre les exemples de la procédure…) n thar.arc –fichiers des raies théorique du Thorium-Argon n l'atlas papier du Thorium-Argon (scan PDF) –indispensable pour s'y retrouver dans cette "jungle" de raies!!!

© Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras FITSView

DISP n F: spectre/graphe complet (Full) n K: sélection zone au clavier (Keyboard) n M: sélection zone à la souris (Mouse) n G: ajustement Gaussien & calcul de centre

© Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras Ecran de travail Jean-Pierre dubitatif devant Linux…

© Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras Images Test (Coralie, 1998) n Mus98a057:Offset n Mus98a119:ThAr n Mus98a120:Flat n Mus98a108:Psi Ori; B2 Mus98a110:Ome Ori; B3 ; H  en émission Mus98a110:Ome Ori; B3 ; H  en émission n Mus98a111:Alp Tau; K5; beaucoup de raies

© Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras Trucs & Astuces… Ordre Croissant Bleu (-serré) Rouge (+serré) BleuRouge Longueurs d’onde croissantes

© Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras Géométrie… Bleu (-serré) Rouge (+serré) Longueur d’Onde croissante Y X Ligne=500 X=25 (réf=bord) Écart=12 Ordre #86 Ordre #85 Truc!

© Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras Orientation

Paramètres ‘geom_r.in’ n Zone utile: n Orientation: Y N Y –Dispersion le long des colonnes CCD: Y –Longueurs d’onde augmentent avec les pixels:N –‘Flip’ des images: Y n Position des ordres:

© Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras Où suis-je… Dans quelle…

© Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras Spectre ThAr (catalogue)

© Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras Eureka !!! Ordre 86 Ordre 85

© Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras Paramètres ‘geom_r.in’ n../data/mus98a120.fitsFlat n../data/mus98a119.fitsThAr (ou spectre à faire!) n npas utilisé n../data/mus98a057.fitsOffset n Zone utile n y n yOrientation n Position des ordres n nCorrection ‘slit curvature’ n geom_r.datFichier coefficients modèle n ySauvegarde fichier spectre n mus119.sFichier sauvegarde spectre

© Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras Fichier résultat n Le fichier ‘spectre’ peut être visualisé avec DISP. Normalement, on cherche les raies du spectre de la lampe de référence (ThAr) mais on peut aussi faire le traitement d’un spectre stellaire n Le fichier ‘coefficients’ servira pour la suite

© Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras Modèle polynomial des ordres

© Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras Vérification géométrie

© Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras Sortie Geometry (1/2) Byte swap on FITS files Flat field exposure : Name of file to read FITS data from :../Data/mus98a120.fits ('Flat ') Comparison : Name of file to read FITS data from :../Data/mus98a119.fits ('ThAr ') Fabry-Perot : Name of file to read FITS data from : no fabry-perot exposure provided Offset : Name of file to read FITS data from :../Data/mus98a057.fits ('Bias frame ') Full CCD is [1124:1124] Input CCD subformat (pix0, npix for each axis) : Is dispersion along CCD columns (y/n) : yes Is wavelength increasing with pixel along orders (y/n) : no Do you want to invert orders (y/n) yes Trimming and transforming data files... Removing offset... Accuracy of 2d offset fit : 0.25 ADU; Readout noise : 2.00 ADU Centre point of first order (at row #500) : Approximate separation between orders : 12 Number of first order and order increment towards top of CCD : 85 1 Maximum number of orders [default = 100] : 30

© Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras Sortie Geometry (2/2) Counting and locating orders... Found 30 orders on CCD Order # 85 is centred at column # 25.0 Order # 86 is centred at column # 37.0 Order # 87 is centred at column # 49.3 Order # 88 is centred at column # 61.6 … Measuring order curvature... Rms accuracy of 2d fit to order location : pix Building coordinate system... Looking for columns with more than 11.00% of maximum flux... Order # 85 : columns -2.0 to 2.0 Order # 86 : columns -2.0 to 2.0 Order # 87 : columns -2.0 to 2.0 Order # 88 : columns -2.0 to 2.0 … Correcting pixel to pixel sensitivity differences... Do you want to correct slit curvature (y/n) : no Name of file to save geometry info to : geom_r.dat Do you want to save the reduced comparison spectrum (y/n) : yes Collapsing frame columns... Name of file to save Stokes profiles to : mus119.s

© Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras ‘geom_r.in’ à StVéran… n../stveran/FLAT1.FIT n../stveran/ZETTAU1.FIT n n n../stveran/BIAS1.FIT n n y n n n n n n geom_r.dat n y n zettau.s

© Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras Recouvrement des ordres Ordre N Ordre N+1

© Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras Nos raies de référence… Ordre 85 Ordre 86

© Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras WCAL… L1= X1= L2= X2= Dispersion = (L2-L1)/(X2-X1) = nm/pixel L0 = L1-Dispersion*X1 = nm X1X2 L1 L2 L1L0 L1

© Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras Paramètres ‘wcal_r.in’ n mus119.sFichier de raies Musicos n 30Nbre d’ordres n er ordre & incrément n N° ordre, L0, Dispersion n thar.arcCatalogue de raies n th_r.wsSpectre de raies calibré n calib_r.datModèle 2D de calibration

© Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras Sortie Wcal (1/4) Uncalibrated spectrum of comparison lamp : Name of file to read Stokes I profiles from : mus119.s How many orders in the spectrum : 30 Number of starting order (pix 0 to 1023) and order increment : 85 1 Order to be calibrated first : 85 Approx lam0 (nm) and disp. (nm/pix) for order #85 : Name of file to read th-ar line wavelengths from : thar.arc Identifying comparison lines in order # nm not found in spectrum … pix (~ nm) identified as nm nm not found in spectrum … pix (~ nm) identified as nm … Preliminary calibration of order #85 : rms acc pm (pix0 = ; dlam = ) Identifying comparison lines in order #86... … nm not found in spectrum pix (~ nm) identified as nm … (X1) (X2)

© Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras Sortie Wcal (2/4) … pix (~ nm) identified as nm pix (~ nm) identified as nm pix (~ nm) identified as nm Preliminary calibration of order #114 : rms acc pm (pix0 = ; dlam = ) Rejecting blended lines... Order #85 : nm rejected nm rejected nm rejected nm rejected nm rejected Order #86 : nm rejected nm rejected nm rejected nm rejected Order #87 : nm rejected …

© Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras Sortie Wcal (3/4) … Calibrating orders #85 to # >>> Mean rms accuracy : 1.24 pm Rms accuracy of order #85 calibration : 0.86 pm (max dev : 1.89 pm) Mean spectral resolution in order #85 : Rms accuracy of order #86 calibration : 0.83 pm (max dev : 1.71 pm) Mean spectral resolution in order #86 : pm rejected (dev = pm) pm rejected (dev = pm) pm rejected (dev = pm) Rms accuracy of order #87 calibration : 1.60 pm (max dev : 3.91 pm) Mean spectral resolution in order #87 : pm rejected (dev = pm) Rms accuracy of order #88 calibration : 1.16 pm (max dev : 2.44 pm) Mean spectral resolution in order #88 : Rms accuracy of order #89 calibration : 1.44 pm (max dev : 3.66 pm) …

© Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras Sortie Wcal (4/4) … Checking calibration from orders overlap... Overlap accuracy between orders #86 and #85 : nm (respective shifts of pm and pm) nm (respective shifts of pm and 0.06 pm) Overlap accuracy between orders #87 and #86 : nm (respective shifts of 1.95 pm and pm) WARNING!! nm (respective shifts of 0.61 pm and 0.55 pm) nm (respective shifts of 1.40 pm and 0.24 pm) nm (respective shifts of 0.67 pm and 0.61 pm) Overlap accuracy between orders #88 and #87 : nm (respective shifts of 0.00 pm and pm) nm (respective shifts of pm and 1.65 pm) WARNING!! nm (respective shifts of 0.79 pm and pm) … Name of file to save Stokes profiles to : th_r.ws Name of file to save calibration table from : calib_r.dat

© Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras Wcal – check ok ?

© Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras Wcal – check pas ok ?

© Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras Spectre de raies calibré Note: on voit bien le recouvrement des ordres…

© Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras Paramètres EXTRACT n../Data/mus98a110.fitsImage spectre à extraire n../Data/mus98a120.fits Image Flat n../Data/mus98a057.fits Image Offset n geom_r.datRésultat GEOMETRY n 5 2Gain & Bruit (???) n yExtraction Optimale ? n 10Seuil n yCalibration disponible ? n calib_r.datRésultat WCAL n nNormalisation ? n mus110.spcFichier de sortie

© Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras Sortie Extract (1/2) Byte swap on FITS files Stellar exposure : Name of file to read FITS data from :../Data/mus98a108.fits ('HD35715 ') Flat field : Name of file to read FITS data from :../Data/mus98a120.fits ('Flat ') Offset : Name of file to read FITS data from :../Data/mus98a057.fits ('Bias frame ') Name of file to read geometry info from : geom_r.dat Detector gain (e/ADU) and read-out noise (e) : Optimal extraction of spectrum (y/n) : yes Rejection threshold [default = 10.0] : 10.0 Trimming and transforming data files... Removing offset... Accuracy of 2d offset fit : 0.25 ADU; Readout noise : 2.00 ADU Setting up error bars array... Building coordinate system... Looking for columns with more than 2.00% of maximum flux... Order # 85 : columns -2.5 to 2.5 Order # 86 : columns -2.5 to 2.5 …

© Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras Sortie Extract (2/2) … Order #113 : columns -3.0 to 2.5 Order #114 : columns -3.0 to 2.5 Correcting pixel to pixel sensitivity differences... Removing background... Accuracy of 2d background fit : 2.55 ADU Normalising to flat field flux... Optimal extraction of spectrum... Extracting order #85 Rejecting [ 39: 873] (val : 2.362e-02, dev : sig) Rejecting [ 43: 945] (val : 1.509e-02, dev : sig) … Do you have calibration information : yes Name of file to read calibration table from : calib_r.dat Correcting wavelength scale from Earth motion... Some information is missing in file headers Do you want spectrum continuum to be normalised : no Displaying SN statistics... Signal to noise ratio in order # 114 : I> 210 Signal to noise ratio in order # 113 : I> 210 Signal to noise ratio in order # 112 : I> 220 … (page suivante)

© Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras Extraction des ordres

© Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras Exemple de spectre mus108: Omi Ori Doublet Sodium HH

© Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras Exemple de spectre

© Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras Recouvrement H-alpha

© Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras Recouvrement (détail)

© Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras Et pour les frustrés de Linux…

© Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras Et maintenant: travaux pratiques !!!