Recherche d’étoiles variables

Analyse d’images pour la recherche d’étoiles variables à courtes périodes

Cet article montre qu’il est possible d’exploiter l’information contenue dans une série d’images d’un même champ d’étoiles pour détecter de nouvelles étoiles variables. On peut appliquer cette technique d’analyse à des images artistiques, comme l’imagerie CCD ou APN du ciel profond, ainsi qu’à des images à vocations plus scientifiques comme celles utilisées pour la photométrie d’astéroïdes ou de transit d’exoplanètes. Les images doivent êtres acquises sur une même nuit avec le même filtre et le même temps de pose. Il est conseillé d’analyser des séries contenant un minimum de 30 images du même champ d’étoiles.

Dans la suite de l’article on décrit l’utilisation du logiciel Muniwin qui peut être gratuitement téléchargé sur ce site : http://c-munipack.sourceforge.net/.


Chercher les variables dans le champ d’étoiles

Tout d’abord, il faut que la série d’images soit prétraitée (retrait de l’Offset, du Dark et du Flat). Attention, la correction du Flat est particulièrement important pour la suite. Il est en effet important de réduire au maximum l’effet du vignettage pour obtenir des mesures photométriques fiables. Il est conseillé de travailler sur des images au format FIT non recalées les unes par rapport aux autres pour éviter le ré-échantillonnage des pixels.

Une fois cette étape effectuée, on peut charger les images dans le logiciel Muniwin et les convertir pour qu’elles soient exploitables par le programme (menu Reduce > Fetch/convert files). En cliquant sur le menu Reduce > Photometry, le logiciel va effectuer une reconnaissance des étoiles contenues dans chaque image de la série. Cette étape est cruciale pour la suite des opérations puisqu’elle détermine les étoiles du champ qui vont être analysées. Les paramètres à faire varier en fonction de vos images sont situés dans le menu Project > Edit Properties onglet Star detection. Pour détecter les étoiles, le logiciel va appliquer sur chaque image un filtre gaussien dont la taille (FHWM) est exprimé en pixels. Ce paramètre doit être proche de la FWHM moyenne des étoiles présentes sur les images de la série. L’objectif est d’obtenir un nombre d’étoiles détectées par le logiciel qui soit cohérent avec le contenu de vos images car il ne sert à rien d’analyser du bruit ! L’étape suivante consiste à faire correspondre, sur toute la série d’images, les étoiles extraites par la fonction Photometry. Sélectionner dans le menu Reduce > Match stars une image de référence et lancer l’analyse. On peut modifier les paramètres de cette fonction dans le menu Project > Edit Properties onglet Matching.

Muniwin possède une fonction de recherche automatique d’étoiles variables. En sélectionnant la fonction Tools > Find variables, la carte du champ et deux graphiques apparaissent dans une nouvelle fenêtre. En cliquant sur la carte du champ, on peut afficher sur le graphique inférieur la courbe de lumière (magnitude en fonction du temps) de l’étoile sélectionnée par rapport à une étoile de comparaison. Le graphique de gauche est celui qui nous intéresse pour identifier les étoiles variables. Chaque point du graphique représente une étoile du champ caractérisé par la dispersion de la courbe de lumière (écart-type) en fonction de la magnitude relative de l’étoile. Les étoiles variables peuvent ainsi être rapidement identifiées par les points du graphique qui n’appartiennent pas à la séquence générale et qui sont situées au-dessus de celle-ci.

En pratique, il arrive que les fonctions Photometry et Match stars n’aient pas bien fonctionnées, ou que la série d’image ne soit pas homogène (champ d’étoiles très dense, voile nuageux au cours de la nuit, passage d’une étoile à travers une colonne morte du CCD …). Plusieurs  étoiles peuvent alors perturber la lecture du graphique. Les étoiles variables sont situées à proximité de la séquence générale. Il est possible de zoomer dans les graphiques en utilisant la roulette de la souris et de supprimer les points aberrant par un clique droit.

Lorsqu’une variable est détectée, repérer sa position dans la carte de champ et déterminer ses coordonnées d’ascension droite et de déclinaison avec la méthode de votre choix : étalonnage astrométrique ou repérage cartographique. Pour cette étape, je conseille l’application Aladin du Centre de données astronomique de Starsbourg.

Il reste alors à vérifier si cette étoile variable a déjà été découverte. Rendez-vous sur le site de l’AAVSO et entrer les coordonnées en J2000 de l’étoile. Si le catalogue ne trouve rien aux coordonnées exactes c’est que vous être certainement le premier à détecter la variabilité de l’objet.


Extraire les courbes de lumière des étoiles variables

Muniwin permet d’extraire directement la courbe de lumière d’une étoile variable. Cette fonction est accessible par le menu Plot > Light curve. Sélectionner alors plusieurs étoiles de référence dans le champ et pointer la variable à analyser. Les étoiles de référence doivent avoir une magnitude et un indice de couleur proche de l’étoile à analyser. La courbe de lumière obtenue est en magnitude différentielle.


Publier les mesures

Si les courbes de lumière obtenues sont satisfaisantes,  vous pouvez envoyer par mail le résultat sous format .txt à l’astronome Raoul Behrend de l’observatoire de Genève. Les mesures seront ensuite publiées sur son site internet et vous serez cité pour toute utilisation de vos mesures.

Les données peuvent également être envoyées à l’AAVSO pour intégrer la base VSX. Une procédure est disponible à cette adresse : http://www.aavso.org/how-report-new-variable-star-discoveries


Remarques

J’ai présenté cette technique lors du WETAL 2011 et des RCE 2012.
Les slides au format PDF sont disponibles ici
L’ensemble de mes découvertes sont répertoriées sur cette page : catalogue d’étoiles variables


Etoile Pulsante de type RR Lyrae


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