Shelyak Système complet eShel III

Le système eShel : la spectroscopie professionnelle pour l'amateur avancé

L'eShel est un instrument professionnel multi-ordres, alimenté par fibre, pour les cas où l'on ne peut pas choisir entre résolution et étendue spectrale, comme dans l'étude des exoplanètes.

Shelyak a développé l'eShel à partir de son expérience des instruments professionnels comme les spectroscopes Musicos et Narval. Le système complet comprend le spectrographe, l'unité d'injection et de guidage de fibre, le module d'étalonnage et les fibres optiques ; le logiciel Demetra est à télécharger gratuitement.

Conception optique échelle : capturer simultanément les ordres 32 à 53

La puissance de l'eShel tient à sa conception optique échelle. Un réseau échelle est utilisé à des ordres de diffraction élevés, de 32 à 53. La lumière de l'étoile se répartit ainsi en un spectre très dispersé où de nombreux ordres se chevauchent. Un second élément optique, un prisme disperseur croisé, sépare ensuite ces ordres verticalement et les empile sur toute la surface du capteur de la caméra d'acquisition.

L'échellogramme 2D obtenu peut se lire « comme un livre », la fin d'un ordre spectral se trouvant au début du suivant. On obtient ainsi toute la plage visible en une vingtaine d'ordres, en une seule pose.

Résolution R > 10,000 sur une plage spectrale de 390 nm à 700 nm

L'eShel offre un pouvoir de résolution R > 10,000, c'est-à-dire la capacité à distinguer les détails fins du spectre. Il dépasse 10,000 avec une caméra ATIK 460EX en binning 2x2 (caméra non incluse), et l'alimentation par fibre rend plus précises les mesures de vitesse radiale.

La plage couvre environ 390 nm à 700 nm : des raies comme H-bêta, le doublet du sodium et H-alpha sont donc enregistrées dans la même pose.

L'alimentation par fibre : une liaison de 20m pour la stabilité

La fibre optique est une caractéristique clé de l'eShel. Le système utilise une fibre optique de 20 mètres pour transporter la lumière du télescope jusqu'au spectrographe. Le spectrographe peut ainsi être séparé physiquement du télescope en mouvement et installé dans une pièce calme et à température contrôlée. Les fibres ont été choisies pour accroître la précision des mesures de vitesse radiale et pour le confort d'utilisation ; la liaison par fibre offre la meilleure stabilité mécanique et thermique.

Unité d'injection et de guidage de fibre (FIGU) F/6 : une collecte de lumière précise

L'unité d'injection et de guidage de fibre (FIGU) F/6 est l'interface essentielle entre le télescope et la fibre. Elle contient un petit miroir percé en son centre d'un trou de 50µm. Une caméra de guidage observe ce miroir, ce qui permet de voir le champ d'étoiles et de centrer précisément votre cible sur le trou. Une fois l'étoile centrée, sa lumière traverse le trou et est injectée dans la fibre objet de 50µm.

La FIGU accueille aussi la fibre d'étalonnage de 200µm. Un miroir télécommandé bascule d'une source à l'autre, de sorte que la lumière de la fibre d'étalonnage alimente la fibre objet de 50µm, et donc le spectrographe.

Intégration au télescope : adapter votre optique au système eShel

L'eShel est conçu pour s'adapter à de nombreux télescopes. La FIGU possède un filetage T standard M42x0.75 et un backfocus d'environ 45mm. L'adaptateur T variable fourni simplifie le raccordement, en particulier avec les télescopes Schmidt-Cassegrain. La FIGU fournie est la version F/6.

Pour les télescopes dont le rapport focal natif est différent, comme un SCT f/10 courant, la solution recommandée est un réducteur de focale (de type réducteur 0.63x) associé à l'adaptateur T variable (avec sa bague allonge de 15mm). Une FIGU F/9 et d'autres rapports focaux sont disponibles auprès de Shelyak.

Exigences pour la caméra : capteur et connexion

Le système eShel n'inclut pas de caméra d'acquisition. L'objectif du spectrographe est un objectif Canon EOS : un reflex Canon se monte donc rapidement, et les caméras astronomiques se fixent avec l'adaptateur Canon EOS approprié. Le montage de la caméra est critique : la plage de backfocus est limitée (moins de 9mm).

Un capteur KAF1600 (environ 13x9mm, pixels de 9µm) est bien adapté : sa taille offre un bon recouvrement entre les ordres et la taille des pixels convient à la dispersion. Les caméras QSI516ws ou QSI532ws avec l'adaptateur BA0023 sont recommandées, et les spectres d'exemple ont été obtenus avec une ATIK 460EX en binning 2x2, une QSI516 et un Canon 40D.

Module d'étalonnage : une référence thorium-argon pour le travail de précision

Un étalonnage précis en longueur d'onde est fondamental en spectroscopie. Le système complet eShel inclut un module d'étalonnage dédié qui fournit les sources lumineuses nécessaires, pilotables depuis le logiciel Demetra. La source principale est une lampe thorium-argon (ThAr), qui produit une forêt dense de raies d'émission fines et bien connues sur tout le spectre visible.

Ce spectre ThAr sert de « règle » précise pour déterminer la solution de longueur d'onde de chaque pixel du capteur. Le module comprend aussi une lampe au tungstène, dont le spectre lisse sert à corriger la fonction de blaze, et des LED utilisées avec la lumière du tungstène pour le flat qui trace la géométrie des ordres.

Logiciel Demetra : de l'acquisition automatisée au spectre étalonné

Demetra pour eShel est gratuit, fonctionne sous MS Windows et vous accompagne de l'acquisition jusqu'à la réduction des données. Demetra communique avec le module d'étalonnage pour automatiser l'acquisition des images de référence (bias, darks, flats et spectres ThAr).

Il traite aussi automatiquement les échellogrammes complexes. Le logiciel identifie les ordres, extrait le spectre 1D de chacun, applique l'étalonnage en longueur d'onde à partir de la référence ThAr, corrige la réponse instrumentale et fusionne les ordres pour produire un spectre final continu, prêt pour l'exploitation scientifique.

La science avec l'eShel : des exoplanètes aux étoiles pulsantes

Voici des exemples de ce que l'eShel enregistre.

• Étude des exoplanètes : l'étude des exoplanètes est un cas où l'on a besoin à la fois de résolution et d'étendue spectrale, et l'alimentation par fibre est conçue pour la précision de la vitesse radiale.
• Astrophysique stellaire : étudiez les atmosphères d'étoiles Be comme Delta Scorpii en suivant des raies d'émission telles que H-alpha, ou des novae (les spectres bruts d'exemple incluent WR 140 et une nova du Dauphin).
• Étoiles pulsantes : une série temporelle de BW Vul (poses de 5 minutes pendant environ 5 heures, autour du doublet du sodium) a été réalisée avec un télescope de 60cm au Pic du Midi.
• Étoiles à raies d'émission : les spectres bruts d'exemple incluent Beta Lyrae et P Cygni.

Composants du système et premiers pas dès la première nuit

L'eShel est un système complet qui comprend tous les composants spectroscopiques essentiels. Dans la boîte, vous trouverez le module spectrographe principal, la FIGU F/6, le module d'étalonnage avec lampe ThAr, une fibre objet de 50µm de 20 mètres, une fibre d'étalonnage de 200µm de 20 mètres et un adaptateur T variable. Vous fournissez le télescope, la monture, la caméra d'acquisition et la caméra de guidage.

L'installation doit être réalisée en journée. Elle consiste à assembler les composants, raccorder les fibres et configurer le logiciel Demetra avec les paramètres propres à votre configuration. L'objectif est d'aligner le système et de réaliser les premiers étalonnages avec la lampe ThAr, pour être prêt à observer dès la tombée de la nuit. Le manuel d'installation et de maintenance couvre la mise au point de l'objectif, le montage de la caméra et les paramètres de traitement.