© Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras - 2003 ESPRIT… …es-tu là? Séminaire Astroqueyras / Meudon 29-30 Mai 2004 Olivier Thizy.

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1 © Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras - 2003 ESPRIT… …es-tu là? Séminaire Astroqueyras / Meudon 29-30 Mai 2004 Olivier Thizy

2 © Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras - 2003 Agenda n Théorie du Traitement ESPRIT [14h-15h] –Linux / Installation –Quelques Outils (FitsView, DISP) –GEOMETRY –WCAL –EXTRACT

3 © Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras - 2003 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

4 © Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras - 2003 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

5 © Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras - 2003 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 http://www.nrao.edu/software/fitsview/ http://www.nrao.edu/software/fitsview/

6 © Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras - 2003 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!!!

7 © Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras - 2003 FITSView

8 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

9 © Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras - 2003 Ecran de travail Jean-Pierre dubitatif devant Linux…

10 © Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras - 2003 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

11 © Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras - 2003 Trucs & Astuces… Ordre Croissant Bleu (-serré) Rouge (+serré) BleuRouge Longueurs d’onde croissantes

12 © Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras - 2003 Géométrie… 100 1024 50 Bleu (-serré) Rouge (+serré) Longueur d’Onde croissante Y X Ligne=500 X=25 (réf=bord) Écart=12 Ordre #86 Ordre #85 Truc!

13 © Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras - 2003 Orientation

14 Paramètres ‘geom_r.in’ n Zone utile: 50 1024 0 1024 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: 25 12 85 1 30

15 © Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras - 2003 Où suis-je… Dans quelle…

16 © Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras - 2003 Spectre ThAr (catalogue)

17 © Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras - 2003 Eureka !!! Ordre 86 Ordre 85

18 © Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras - 2003 Paramètres ‘geom_r.in’ n../data/mus98a120.fitsFlat n../data/mus98a119.fitsThAr (ou spectre à faire!) n npas utilisé n../data/mus98a057.fitsOffset n 50 1024 0 1024Zone utile n y n yOrientation n 25 12 85 1 30Position des ordres n nCorrection ‘slit curvature’ n geom_r.datFichier coefficients modèle n ySauvegarde fichier spectre n mus119.sFichier sauvegarde spectre

19 © Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras - 2003 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

20 © Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras - 2003 Modèle polynomial des ordres

21 © Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras - 2003 Vérification géométrie

22 © Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras - 2003 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) : 50 1024 0 1024 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) : 25.00 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

23 © Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras - 2003 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 : 0.040 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

24 © Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras - 2003 ‘geom_r.in’ à StVéran… n../stveran/FLAT1.FIT n../stveran/ZETTAU1.FIT n n n../stveran/BIAS1.FIT n 0 2000 0 2000 n y n n n 876 31 85 1 20 n n n geom_r.dat n y n zettau.s

25 © Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras - 2003 Recouvrement des ordres Ordre N Ordre N+1

26 © Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras - 2003 Nos raies de référence… Ordre 85 Ordre 86

27 © Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras - 2003 WCAL… L1=658.3906X1=102.5799 L2=664.3790X2=699.7462 Dispersion = (L2-L1)/(X2-X1) = 0.010028 nm/pixel L0 = L1-Dispersion*X1 = 657.362 nm X1X2 L1 L2 L1L0 L1

28 © Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras - 2003 Paramètres ‘wcal_r.in’ n mus119.sFichier de raies Musicos n 30Nbre d’ordres n 85 11 er ordre & incrément n 85 657.362 0.010028N° ordre, L0, Dispersion n thar.arcCatalogue de raies n th_r.wsSpectre de raies calibré n calib_r.datModèle 2D de calibration

29 © Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras - 2003 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 : 657.3620 0.010003 Name of file to read th-ar line wavelengths from : thar.arc Identifying comparison lines in order #85... Line @ 657.6122 nm not found in spectrum … Feature @ pix 102.58 (~658.3903 nm) identified as line @ 658.3906 nm Line @ 658.4372 nm not found in spectrum … Feature @ pix 699.74 (~664.3699 nm) identified as line @ 664.3698 nm … Preliminary calibration of order #85 : rms acc. 0.83 pm (pix0 = 657.4729; dlam = 0.009888) Identifying comparison lines in order #86... … Line @ 658.0230 nm not found in spectrum Feature @ pix 884.74 (~658.3904 nm) identified as line @ 658.3906 nm … (X1) (X2)

30 © Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras - 2003 Sortie Wcal (2/4) … Feature @ pix 903.38 (~496.8759 nm) identified as line @ 496.8755 nm Feature @ pix 922.22 (~497.0073 nm) identified as line @ 497.0079 nm Feature @ pix 952.16 (~497.2151 nm) identified as line @ 497.2160 nm Preliminary calibration of order #114 : rms acc. 1.05 pm (pix0 = 490.2853; dlam = 0.007379) Rejecting blended lines... Order #85 : Line @ 657.7215 nm rejected Line @ 658.8539 nm rejected Line @ 659.1484 nm rejected Line @ 661.3374 nm rejected Line @ 666.4051 nm rejected Order #86 : Line @ 655.8876 nm rejected Line @ 657.7215 nm rejected Line @ 658.8539 nm rejected Line @ 659.1484 nm rejected Order #87 : Line @ 643.8916 nm rejected …

31 © Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras - 2003 Sortie Wcal (3/4) … Calibrating orders #85 to #114... >>> 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 : 36145 Rms accuracy of order #86 calibration : 0.83 pm (max dev : 1.71 pm) Mean spectral resolution in order #86 : 36732 Line @ 643.7761 pm rejected (dev = -7.57 pm) Line @ 648.1302 pm rejected (dev = -15.14 pm) Line @ 649.3778 pm rejected (dev = 17.33 pm) Rms accuracy of order #87 calibration : 1.60 pm (max dev : 3.91 pm) Mean spectral resolution in order #87 : 36562 Line @ 643.7761 pm rejected (dev = -10.44 pm) Rms accuracy of order #88 calibration : 1.16 pm (max dev : 2.44 pm) Mean spectral resolution in order #88 : 38170 Rms accuracy of order #89 calibration : 1.44 pm (max dev : 3.66 pm) …

32 © Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras - 2003 Sortie Wcal (4/4) … Checking calibration from orders overlap... Overlap accuracy between orders #86 and #85 : -0.06 pix @ 658.3906 nm (respective shifts of -0.73 pm and -0.12 pm) -0.03 pix @ 659.3939 nm (respective shifts of -0.24 pm and 0.06 pm) Overlap accuracy between orders #87 and #86 : 0.38 pix @ 650.6987 nm (respective shifts of 1.95 pm and -1.71 pm) WARNING!! 0.01 pix @ 650.9050 nm (respective shifts of 0.61 pm and 0.55 pm) 0.12 pix @ 651.2364 nm (respective shifts of 1.40 pm and 0.24 pm) 0.01 pix @ 651.3846 nm (respective shifts of 0.67 pm and 0.61 pm) Overlap accuracy between orders #88 and #87 : 0.07 pix @ 643.1555 nm (respective shifts of 0.00 pm and -0.67 pm) -0.43 pix @ 644.1899 nm (respective shifts of -2.44 pm and 1.65 pm) WARNING!! 0.11 pix @ 644.3860 nm (respective shifts of 0.79 pm and -0.31 pm) … Name of file to save Stokes profiles to : th_r.ws Name of file to save calibration table from : calib_r.dat

33 © Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras - 2003 Wcal – check ok ?

34 © Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras - 2003 Wcal – check pas ok ?

35 © Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras - 2003 Spectre de raies calibré Note: on voit bien le recouvrement des ordres…

36 © Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras - 2003 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

37 © Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras - 2003 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) : 5.000 2.000 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 …

38 © Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras - 2003 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 pixel @ [ 39: 873] (val : 2.362e-02, dev : 23.74 sig) Rejecting pixel @ [ 43: 945] (val : 1.509e-02, dev : 23.61 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)

39 © Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras - 2003 Extraction des ordres

40 © Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras - 2003 Exemple de spectre mus108: Omi Ori Doublet Sodium HH

41 © Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras - 2003 Exemple de spectre

42 © Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras - 2003 Recouvrement H-alpha

43 © Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras - 2003 Recouvrement (détail)

44 © Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras - 2003 Et pour les frustrés de Linux…

45 © Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras - 2003 Et maintenant: travaux pratiques !!!