Photométrie stellaire à l'APN

 

La photométrie stellaire consiste à mesurer l'éclat des étoiles, c'est à dire leur magnitude apparente visuelle. Ce projet vise à établir une méthodologie à partir de prises de vues faites avec un simple appareil photo numérique (APN) et des objectifs de diverses focales.

Une première expérience : mesure de la magnitude de quelques étoiles dans la Grande Ourse

Conditions de prise de vue :

APN Sony Alpha-5000
Focale objectif 16 mm
Ouverture f/2.8
Sensibilité 3200 ISO et 6400 ISO
Exposition 2 s
Mise au point autofocus
Mode image Raw
Monture APN sur trépied, pas de suivi
Date et heure 11/08/2021 à 21:22 UTC
Lieu d'observation Centre ville de Roanne

Aucune image de pré-étalonnage (dark,offset, flat) n'a été acquise.

L'image brute a ensuite été traitée l'aide d'un script Python Astropy dédié. Ce fut l'occasion de développer une méthodologie complète de réduction de données photométriques, incluant :

  • la lecture du fichier Raw et sa conversion au format astronomique standard FITS
  • la  lecture du fichier FITS et la conversion depuis le système colorimétrique CIE XYZ vers le système photométrique standard Johnson-Cousins
  • la mesure de statistiques globales et locales de l'image, dont l'histogramme
  • l'identification du bruit de fond et le retrait du gradient
  • la détection et l'extraction des sources, les étoiles
  • la mesure des sources par photométrie d'ouverture, notamment par identification de la fonction d'étalement du point (PSF)
  • l'interrogation de la base de données stellaires Simbad pour récupérer les coordonnées équatoriales des étoiles et la magnitude des étoiles de référence
  • le calcul de la masse d'air des étoiles lors de l'acquisition
  • la photométrie différentielle avec correction de l'extinction atmosphérique

La cible sont les sept étoiles de l'astérisme principal de la Grande Ourse. Parmi celles-ci quatre étoiles sont choisies comme référence pour la photométrie différentielle, car leur éclat ne varie pas. Elles sont représentées en vert sur l'image :

les 7 étoiles sélectionnées dans la Grande Ourse pour la photométrie

Les résultats de la réduction de données sont présentés sur le tableau suivant pour les trois étoiles (représentées en rouge) :

Etoile Masse
d'air		 FWHM RSB
(dB)		 mV IC90%
Alkaid 1,5 3,5 42 1,8 1,7 - 1,9
Merak 2,4 3,4 36 2,5 2,2 - 3,0
Phecda 2,2 3,1 37 2,4 2,2 - 2,7

FWHM = largeur à mi-hauteur de la fonction d'étalement du point, en pixel
RSB = rapport signal sur bruit, en décibel
mV = magnitude apparente visuelle (filtre V Johnson-Cousins)
IC90% = intervalle de confiance à 90%, en magnitude

Pour comparaison, les magnitudes apparentes visuelles issues de Simbad sont de 1,86 pour Alkaid, 2,37 pour Merak et 2,44 pour Phecda. Avec un rapport signal sur bruit de moins de 40 dB, la précision obtenue est de l'ordre de 0,1 à 0,2 magnitude.

Bien que les résultats soient très modestes en terme de précision, compte tenu des moyens limités utilisés, la méthodologie semble pouvoir être ré-utilisée avec des conditions et des moyens d'observation plus favorables.

Pour en savoir plus :


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