The Nearby SuperNova Factory 2.1 Pr´esentation de la collaboration SNfactory
CHAPITRE 2. THE NEARBY SUPERNOVA FACTORY
2.3. THE SUPERNOVA INTEGRAL FIELD SPECTROGRAPH
(a) (b)
Fig. 2.1:(a)T´elescope de l’Universit´e d’Hawaii 2.2m (UH88) ;(b)snifs dans sa couverture de n´eopr`ene mont´e sur le port Cassegrain repli´e de l’UH88
l’observation d’´etoiles secondaires en parall`ele `a la spectroscopie pour le contrˆole de l’extinction atmosph´erique ainsi qu’une unit´e d’´etalonnage. Les voies spectrom´etriques et photom´etriques utilisent le mˆeme obturateur, de telle sorte que l’observation avec les deux voies garantisse des temps de poses identiques. Un sch´ema m´ecanique de snifs peut ˆetre vu sur la figure 2.2, il pr´esente les diff´erents ´el´ements optiques d´ecrit dans la section suivante.
2.3.1 Principe de l’IFS et spectrographie 3D ´El´ements optiques
Chaque voie du spectrographe est compos´e d’un certain nombre d’´el´ements optique (cf. figure 2.2b). nous nous proposons ici de les d´etailler dans l’ordre relatif `a la propagation de la lumi`ere :
Pick-off prism (POP) `A l’entr´ee du spectrographe, ce petit prisme r´efl´echis la lumi`ere sur un petit champ de vue (6""× 6"") centr´e sur la cible du spectrographe. La lumi`ere des autres objets du champ continue leur chemin vers la voie photom´etrique (cf. § 2.3.2).
L’ ´elargisseur (EL) ´etend le champ `a une taille raisonnable (21 × 21mm) adapt´ee `a la trame de micro-lentilles.
la lame dichro¨ıque s´epare le faisceau en deux domaines de longueurs d’onde vers les voies bleu (r´efl´exion) et rouge (transmission) du spectrographe.
la trame de micro-lentilles (MLA) ´El´ement central de l’IFU, la trame dissecte le champ en 225 carr´es contigus (ou spaxels). Le MLA est fait de silice (SiO2) et compos´e de deux lots de lentilles cylindriques crois´ees et espac´es de 100µm.
le collimateur transforme le faisceau venant du plan focale des micro-lentilles en un faisceau parall`ele
le grisme est un ensemble prisme + r´eseau. Il disperse le faisceau parall`ele issu du collimateur. Il r´efl´echit le faisceau incident et disperse la majorit´e de la lumi`ere au premier ordre de diffraction (r´eseau blaz´e). La direction de dispersion est l´eg`erement inclin´ee pour distribuer l’ensemble des spectres sur le d´etecteur sans superposition.
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le CCD est le d´etecteur ´electronique sur lequel les spectres seront inscrits. il se trouve dans un dewar cryog´enique `a une temp´erature de fonctionnement de −120◦C.
(a) (b)
Fig. 2.2: snifs(a)Sch´ema g´en´eral m´ecanique ;(b)Zoom sur la partie centrale de l’instrument.
Principe optique de l’IFS
plan focal entrée du spectrographe spectres sur le CCD
!
x
y
cube de données trame de micro-lentilles 15 x 15 lentilles 225 spectres grismeFig. 2.3: Sch´ema de principe de l’IFU.
Le principe de l’IFU est pr´esent´e sur la figure2.3. Pour chaque voie (bleue/B et rouge/R) du spectrographe. Le champ de vue de 6""×6""est s´epar´e en 15×15 ´el´ements spatiaux ind´ependants (spaxels) par la trame de micro-lentilles. Chacune des 225 sous images est ainsi focalis´ee sur l’entr´ee du spectrographe dont le grisme renvoie 225 spectres correspondant `a chacun des sous-´el´ements spatiaux. Les spectres sont projet´es sur un CCD 2046×4096 pixels2 de 15µm, avec une r´esolution de 2.4˚A et 3.2˚A respectivement. Le domaine spectrale couvert est de 3200 − 5400˚A pour la voie bleue et 5100 − 10000˚A pour la voie rouge. Chacune des voies est ind´ependante de l’autre.
Au final, les spectres obtenus sont stock´es dans des cubes de donn´ees repr´esentant l’objet sur 3 dimensions, 2 d’espace et une de longueur d’onde. Ce sont ces donn´ees bien particuli`eres et sp´ecifiques qui donnent un attrait unique au projet SNfactory.
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2.3.2 Voie photom´etrique
La signal qui n’est pas r´efl´echi par le POP vers le spectrographe passe directement au travers de la roue `a filtre pour se rendre dans la voie photom´etrique.
Cette voie d’´etalonnage est plac´ee au plan focal du t´elescope et est constitu´ee de deux cam´eras, une photom´etrique et une de guidage. La premi`ere est utilis´ee, `a l’aide d’un multi-filtre sp´ecial (cf. figure 2.4) pour contrˆoler en parall`ele l’extinction atmosph´erique pendant les obser-vations spectroscopiques. La seconde quant `a elle est utilis´ee pour le guidage et la focalisation du t´elescope pendant les observations. Les deux cam´eras sont plac´ees cˆote `a cˆote et peuvent ˆetre utilis´ees ensemble pour des poses photom´etriques d’acquisition. Elles sont compos´ees de d´etecteurs CCD 2046 × 4096 pixels2. Le champ de vue intercept´e est de ∼ 4.5" × 9" avec une r´esolution spatiale de 0.137""/pixel.
(a) (b)
Fig. 2.4:(a)Photographie de la fenˆetre d’entr´ee du spectrographe (le multi-filtre est directement visible
`a droite).(b)sch´ema des diff´erents filtres du multi-filtre (MOSAIC) et du filtre de guidage (V ), `a droite.
La voie photom´etrique est ´equip´ee d’une roue `a filtres (cf. figure2.4), contenant un filtre V (Bessell), d’un lot de filtres ugriz (SDSS), ainsi que d’un multi-filtre sp´ecial (MOSAIC). 2.3.3 Poses d’´etalonnage
Une fois la pose CCD obtenue en sortie du spectrographe, un certain nombre d’op´erations lui sont appliqu´ees afin de le corriger de certains effets instrumentaux. La plupart de ces poses d’´etalonnages sont obtenues grˆace `a l’unit´e d’´etalonnage de snifs. Nous nous proposons de r´esumer ici ces diff´erentes poses d’´etalonnage.
Pose de biais Une pose de biais est une pose de 0 seconde sur le CCD, qui ´etablit la carte du niveau z´ero des pixels. Plusieurs poses sont prises chaque nuit au d´ebut et en fin de shifts sur toutes les voies. Une moyenne est effectu´ee puis soustraite aux poses sciences pour soustraire le niveau z´ero de chaque pixel.
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Pose de courant d’obscurit´e Les poses de courant d’obscurit´e (ou dark) ont une dur´ee ty-pique d’exposition d’une heure et sont observ´ees avec l’obturateur de l’instrument ferm´e, entre les prises de donn´ees, dans la journ´ee. Elles mesurent principalement le bruit ther-mique et d´ependent ainsi de la temp´erature. Pour snifs, les CCD sont maintenus `a une temp´erature de fonctionnement de ∼ 150K, et le niveau du courant d’obscurit´e est de 1.9 ´electrons par heure pour la voie bleue et 1.6 ´electrons par heure pour la voie rouge (en r´egime permanent).
Pose continuum Une pose continuum est sp´ecifique `a la voie spectroscopique, il s’agit de l’´equivalent 3D de la pose de champ plat pr´ec´edente. Durant le pointage du t´elescope `a l’aide de la voie photom´etrique, la voie spectroscopique observe la sortie d’une lampe continue (similaire `a un corps noir) provenant de l’unit´e d’´etalonnage de snifs. Les poses continuum sont ´egalement prises en d´ebut, milieu et fin de nuit, pour ˆetre utilis´ees comme correction de champs plat `a basse fr´equence :
!
C (λ) = C (λ)× Ti(λ)
o`u C (λ) est le corps noir du spectre du continuum interne et Ti(λ) la transmission instru-mentale du spectrographe.
Pose arc Les poses d’arc sont ´egalement sp´ecifiques `a la voie spectroscopique. Elles prennent place juste apr`es les poses science, et avant de d´eplacer le t´elescope vers une autre cible. Une lampe `a raies (dans l’unit´e d’´etalonnage) est observ´ee, et la position (connue) de sa distribution spectrale sur les CCD de la voie spectroscopique est utilis´ee comme point de d´epart pour aligner le mod`ele optique d’extraction de cube sur la pose CCD et pour l’´etalonnage en longueur d’onde des poses sciences.