Fotometri med CCD

Studier av variabler, metoder och fotometri.
Post Reply
Starsoft
Posts: 1501
Joined: 2007-09-20 14:21:00
Location: Gävle
Contact:

Fotometri med CCD

Post by Starsoft »

Eftesom jag vill bredda min astronomihobby så håller jag på och skaffar mig fotometrisk utrustning för att till hösten kunna börja med lite ccd fotometri, bl.a. tänkte jag försöka detektera någon av de kända planeterna som passerar framför sin stjärna. Men att detektera planeter är nog egentligen inte huvudmålet utan bara ett sätt att lägga ribban för fotometrin på en nivå som kommer att göra andra undersökningar mera givande. Att hitta en ny egen planet vore naturligtvis väldigt trevligt men här talar siffrorna sitt tydliga språk, för att kunna hitta en ny planet när man bor under det permanenta molntäcket så måste man ha en massa tur.

En undersökning utförd av proffs runt M44 under några månader med ett 200mm objektiv i Arizona tycker jag i och för sig är väldigt intressant och motsvarande undersökning här hemma skulle nog kunna ge ett liknande resultat men totaltiden för undersökningen skulle då behöva bli några år i stället för några månader på grund av vädret. Resultatet av den här undersökningen blev ett flertal variabler och två tänkbara planeter som är helt inom räckhåll att att undersöka vidare med amatörutrustning för den som känner sig manad, M44 står ju bra till nu.

"A PHOTOMETRIC SURVEY FOR VARIABLES AND TRANSITS IN THE FIELD OF PRAESEPE WITH THE KILODEGREE EXTREMELY LITTLE TELESCOPE"
http://www.iop.org/EJ/article/1538-3881 ... 3_907.html

Medan jag väntar på att kunna köra igång med fotometri så har jag undersökt förutsättningarna en del vad man kan göra med den utrustning jag har idag. Först tog jag en gammal luminans serie från i höstas på 20 bilder om 6 min (+30 s mellan exp) tagna helt ofiltrerat på M33. Jag använder IRIS för bildbehandling och det är nog inte ett optimalt program men till de här enkla proven så har det gått bra. I IRIS kan man välja ut 5 stjärnor för fotometri i en serie bilder, IRIS exporterar då magnituderna för dessa stjärnor i en textfil som jag sedan kan läsa in i Excell. Jag har använt Tycho-2 katalogen för att beräkna instrumentmagnituden så magnituderna som anges ska vara "riktiga".

Valet av stjärnor i de olika proven har gått till så att jag tagit stjärnor som har liknande ljusstyrka och inte ligger nära sensorns maxvärde i övrigt är det helt slumpmässigt. Provet som visas här är det som gav bäst resultat, det tror jag ändå är ganska relevant för vid en skarp övning så skulle jämförelsestjärnorna väljas ut noga för att ge bäst resultat.

I Excell har jag sedan först skapat en graf över de 5 stjärnornas magnituder under de drygt två timmarna.

Image

Här syns hur transparensen har ändrat sig under de drygt två timmarna, stjärnorna har sjunkit typ en magnitud. I det här fallet så har stjärnorna sjunkit ungefär lika mycket men om det hade varit stjärnor med påtagligt olika färg så hade spridningen mellan stjärnorna kunnat vara mycket stor. I det här fallet skulle jag kunna tro att en stor del av magnitudförändringen beror på att M33 håller på att närma sig horisonten.


Image

Därefter har jag gjort differentiell fotometri genom att jämföra magnituden hos samtliga stjärnor med medelvärdet av de övriga.


De stjärnor vars grafer visas här är de bästa jag hittade slumpmässigt, med bästa menas då att de har liknande färg så att de påverkas på samma sätt av förändringar i atmosfärens transparens. En av de största bristerna jag upplever med IRIS är att man inte enkelt kan koppla stjärnorna i bilden till kataloguppgifter om t.ex. färgindex direkt, det gör att det är väldigt besvärligt att välja ut speciella stjärnor.

Sedan har jag i Excell också beräknat standardavvikelsen som brukar användas som mått på nogrannheten, och för de här 5 stjärnorna varierar den mellan 0,005 och 0,008 magnituder. I de fall att jag testat med mindre gynsamma jämförelsestjärnor så har standardavvikelsen kunnat bli "hur stor som helst", normalt verkar vara mellan 0,02 och 0,05 mag vilket i många fall fortfarande är väldigt användbart. Men om man väljer ut sina jämförelsestjärnor noga så ger även ofiltrerad fotometri mycket användbara data. Det teoretiska värdet om man tar hänsyn till brus och ljusflöde ligger på 0,0025 magnituder, skillnaden till den uppmätta nogrannheten skulle till stor del kunna bero på att stjärnorna inte har riktigt samma färgindex. Hade det inte varit så besvärligt så skulle jag naturligtvis ha tagit reda på vilka färgindex stjärnorna har, men som en första undersökning får det här duga.

Nästa prov jag ska göra är att undersöka hur det blir om jag använder smalbandsfilter, OIII verkar lämpligast att prova med, och jag har även en del sådana data liggande på samma område. Med smalbandsfilter borde effekterna av stjärnornas olika färg i stort sett kunna elimineras, nackdelen blir naturligtvis att man måste använda mycket längre exponeringstider för att nå samma magnitud.

Det mest givande försöket kommer förmodligen att vara att prova med ett rött filter, då får man enligt expertisen en bra kompromiss mellan ljusmängd och spridning i färg, men där har jag ännu inga data så det får vänta ett tag.

När det nämns att det inte sker så mycket inom amatörastronomin här i Sverige så brukar jag anse att det beror på vädret, inte då bara på det ständigt närvarande molnen utan också att det antingen är svinkallt på natten eller ljust som på dagen, när nu någon gång molnen håller sig borta. Men det är faktiskt så att den första amatör som detekterade en exoplanet var Arto Oksanen vid Nyrölä Observatory http://www.ursa.fi/sirius/nytt/nytt_info.html och jag tror inte det är bättre i Finland, så vi lär väl visa att vi kan här i Sverige också.

Med det här inlägget vill jag försöka visa att det kanske inte är alldeles omöjligt att uppnå tillräcklig nogrannhet för att detektera planeter och utföra annan fotometri som kräver hög nogrannhet. Många fler prov och undersökningar krävs innan jag vet något bestämt men jag vågar redan nu påstå att alla som håller på med astrofotografering redan har den utrustning som krävs.
Observatorium v2.0: http://www.hemlin.se/astroweb
Starsoft
Posts: 1501
Joined: 2007-09-20 14:21:00
Location: Gävle
Contact:

Re: Fotometri med CCD

Post by Starsoft »

Igår kväll gjorde jag också en liten test med att utföra fotometri på en serie bilder tagna tidigare på M33 med ett OIII filter, genom att använda bilder tagna med ett så smalt filter borde störningar orskade av stjärnornas olika färg kunna minimeras tänkte jag mig.

Som tidigare provade jag mig fram när jag valde stjärnor och kunde ganska snabbt konstatera att så länge som jag höll mig till stjärnor av ungefär samma ljusstyrka så spelade det ingen märkbar roll vilka jämförelsestjärnor jag använde så länge som dom inte var variabla, vilket också var vad jag hade förväntat mig. Av en ren slump så hittade jag på en variabel som hade så kort periodtid så variabliteten syntes på ljuskurvan även fast tiden var kort.

Image

Sökte i en variabelkatalog och det visade sig vara en EB/SD variabel, "eclipsing binary, semidetached", det betyder att det är två stjärnor som roterar så nära varandra att dom blivit deformerade så att ljuskurvan inte visar upp det vanliga utseendet för eclipsing binaries. Magnituden verkar trots mitt udda filterval stämma hyggligt med min kurva men periodtiden kanske är tveksam, men det är lite svårt att avgöra för kurvan är lite väl kort.

Variable Star
800005 V Tri
Type of Variability: EB/SD
Magnitude: V 10.70/ 11.80
Period: 0.5852056742

J2000 RA: 1h31m46.64s DE:+30°21'49.1"
Date RA: 1h32m13.94s DE:+30°24'18.0"


På samma sät som tidigare gjorde jag sedan differentiell fotometri för stjärnorna genom att jämföra varje stjärnas magnitud med de övriga stjärnornas medelvärde.

Image



Jag beräknade också standardavvikelsen för stjärnorna och den låg mellan 0,004 och 0,009 magnituder, alltså nästan samma som för den ofiltrerade serien. Men den stora skillnaden är att med ett OIII filter så får jag ungefär samma avvikelser oavsett vilka stjärnor jag använder, medan för den ofiltrerade serien så krävdes att jag valde utmärkta jämförelsestjärnor för att få ett bra resultat.

Standardavvikelsen ligger i bägge fallen på ungefär 3 gånger det teoretiska värdet vilket är påtagligt högre än vad jag sett att andra transitobservatörer brukar ha. Därför började jag laborera med inställningarna i IRIS, bl.a. storleken på cirkeln som används för att mäta ljusflödet från stjärnorna, det visar sig att det påverkar resultatet rejält vilken storlek man använder sig av, dessutom så visade det sig också att ovala stjärnor i bildserien sabbar nogannheten ordentligt, och det är väl klart att om stjärnan är mer eller mindre oval så kommer mer eller mindre del av ljuset att hamna utanför mätcirkeln. Jag vet inte hur det här fungerar i andra program som t.ex. Maxim som verkar populärt att använda, med jag kan tänka mig att där används mer raffinerade metoder för att bestämma ljusflödet, eller också har dom jag jämfört med helt enkelt rundare stjärnor, inte helt otänkbart, dom använder också exponeringstider på högst 2 minuter, oftast kortare.

Till sist så gjorde jag ett antal prov på olika stjärnor för att skapa en kurva för att grovt uppskatta mätvärdenas kvalitet vid olika magnituder. Alla bilder är även denna gång 6 minuters exponeringar. X axeln visar magnituden och y axeln visar standardavvikelsen, det är ett ganska litet magnitudområde som ger bra värden, men det området tror jag att man kan utöka genom att ställa skärpan lite "på sidan" så att CCD'n inte bottnar så snabbt, i det här fallet bottnade sensorn vid magnitud 9,5.

Image


Standardavvikelsen anger att om ett mätvärde har en viss standardavvikelse så är sannolikheten att det verkliga värdet ligger inom intervallet (mätvärdet +/- standardavvikelse) 68%

Jag tycker fortfarande det ser lovande ut, kan man tänkas bli den första svenska amatören som detekterar en exoplanet, eller hinner någon annan före? Än så länge har jag inte hittat några bra skarpa kandidater att prova på, de bästa kandidaterna står i området runt svanen - Lyran så dom lär få vänta till i höst, och det finnsbara typ 20 st totalt som är bekräftade. Men sedan finns det ett par hundra möjliga som bara detekterats med spektroskopi, men då blir det hela lite mera chansartat om man ska prova med sådana.
Observatorium v2.0: http://www.hemlin.se/astroweb
User avatar
Bengt
Posts: 2627
Joined: 2005-12-31 09:38:40
Location: Örkelljunga
Contact:

Re: Fotometri med CCD

Post by Bengt »

Låter väldigt intressant ditt lilla projekt.

Om jag inte har helt fel så har redan en svensk kille som studera astronomi gjort en detektion av en känd exoplanet nere i Oxie på Tycko Brahe observatoriumet. men det är inget att nedslås av. Ser fram emot dina framtida resultat.

Bengt
Starsoft
Posts: 1501
Joined: 2007-09-20 14:21:00
Location: Gävle
Contact:

Re: Fotometri med CCD

Post by Starsoft »

Aj, aj, aj... men om han studerar astronomi måste han väl nästan räknas som proffs :?
Observatorium v2.0: http://www.hemlin.se/astroweb
User avatar
Bengt
Posts: 2627
Joined: 2005-12-31 09:38:40
Location: Örkelljunga
Contact:

Re: Fotometri med CCD

Post by Bengt »

Starsoft
Posts: 1501
Joined: 2007-09-20 14:21:00
Location: Gävle
Contact:

Re: Fotometri med CCD

Post by Starsoft »

Det är samma planet som Arto detekterade för några år sedan, och ska man vara förvånad över något så är väl att inte fler har gjort det, vilket det kanske också är. Men vill man göra något extra så är det nog bara att försöka med de 200 som ännu inte detekterats optiskt, där finns något att bita i. Att hitta en helt ny planet verkar i alla fall helt oralistiskt, men vem vet vad man kan lyckas med om man har tur. Lär man sig tekniken finns hur som helst massor av andra spännande projekt än planeter att undersöka, både själv och inom globala nätverk.
Observatorium v2.0: http://www.hemlin.se/astroweb

Return to “Variabla stjärnor”