Фотометрия на променливи звезди с DSLR и IRIS

П. Йорданов

За да направим точна фотометрия на дадена променлива звезда първо трябва да имаме цифров фотоапарат, който да прави цифрови изображения в RAW формат без да е изваден UV/IR cut филтъра. В случая аз ползвам фотоапарат Sony Alpha 200 с 10.2 мегапикселова матрица и обектив Pentacon 4/200. От септември 2009 г. правя фотометрия на променливи звезди и ще покажа как става целия процес. За пример ще използваме звездата Epsilon Aurigae.

ОБРАБОТКА НА ИЗОБРАЖЕНИЯТА

За обработка на изображенията ще използваме безплатния софтуер Iris, който може да си го свалите от тук:

http://www.astrosurf.com/buil/us/iris/iris.htm

За да извлечем пълноценната информация от едно изображение трябва да направим три типа служебни кадри. Първия тип е dark или ток на тъмно, който трябва да се извади от светлия кадър. Той се прави като закрием обектива с капачката и направим същата експозиция на същото ISO като светлия кадър т.е. снимката на променливата звезда. Втория тип служебни кадри е flat или плоско поле. Той може да се направи по следния начин. Поставете бял лист пред обектива и го насочете към ярък източник на светлина или след залез, когато небето е още светло, насочете обектива към равноосветена част от небето и направете нормално експониран кадър на същото ISO, фокус и бленда, на каквито ще снимате и светлите кадри. Третия тип е bias (offset). Това е кадър с нулева експозиция. Прави се както Dark, но с най-късата възможна експозиция на фотоапарата (при мен 1/4000). Това е грешката която матрицата допуска при изчисляването на пикселите и трябва да се извади от светлия кадър.

Изберете тъмно място, където да правите наблюденията. Нагласете се добре, сложете спусъка на фотоапарата, а ако нямате нагласете самоснимачката на примерно 2s. Разфокусирайте обектива, но не много, така че звездното изображение да се разлее върху матрицата, да не е точково (фиг. 1). Така се получава по-точно измерване. Определете експозицията и ISO-то. Аз правя експозиции от 5 sec на 1600 ISO, която е достатъчна да се експонират звезди до 10-11 зв. вел. Направете примерно 5 кадъра на звездата (light). Сложете капачката на обектива и направете 5 кадъра ток на тъмно (dark) със същата експозиция като light. След това направете 5 кадъра на 1/4000 (offset) без да махате капачката от обектива. Готово! Вече имате наблюдателен материал и може да пристъпите към обработката на наблюденията.

Качете изображенията на компютъра си и заредете софтуера Iris. Първото нещо, което трябва да направим е да изберем модела на фотоапарата (фиг.2).

Натиснете бутона показан на картинката и ще се отвори диалоговия прозорец Camera Settings (фиг.3).

Изберете модела на вашия фотоапарат, а под него изберете начина на интерполация да е Linear.

От менюто изберете File -> Settings… В Working Path изберете директорията където ще се записват обработените файлове (фиг.4), а отFile type изберете PIC. В този формат ще се записват обработените изображения.

От менюто изберете Digital photo -> Decode RAW files… (фиг. 5).

Отворете папката с RAW файловете и маркирайте всички светли (light) кадри и ги придърпайте с мишката върху прозореца Decode RAW files, както е показано на фиг. 6.

Когато файловете са вмъкнати в прозореца напишете в празното поле за име light и натиснете бутона CFA (фиг. 7). Изображенията се конвертират в .pic формат с пореден номер, примерно light1, light2 … light5.

Натиснете бутона Erase list.

Направете така и с останалите кадри, като за тока на тъмно напишете за име dark, за плоско поле flat и последното е offset.

СЪЗДАВАНЕ НА MASTER OFFSET ИЗОБРАЖЕНИЕ

От менюто изберете Digital photo -> Make an offset… . В полето Generic name напишете offset, а в полето Number напишете броя на кадрите, които са offset (при нас са 5) (фиг. 8). Натиснете Ок и изчакайте да се извърши осредняването на кадрите. Когато свърши запаметете изображението в същата папка, в която са и другите с името offset.

СЪЗДАВАНЕ НА MASTER DARK ИЗОБРАЖЕНИЕ

От менюто изберете Digital photo -> Make a dark… В полето Generic name напишете dark, в полето Offset image напишете offset, в полето Number напишете броя на dark кадрите (при нас са 5). Методът на усредняване го поставете на Mean. Натиснете Ок и изчакайте да се направи изчислението. Когато е готово запишете изображението в същата папка с името dark (фиг. 9).

СЪЗДАВАНЕ НА MASTER FLAT-FIELD ИЗОБРАЖЕНИЕ

От менюто изберете Digital photo -> Make a flat-field… В полето Generic name напишете flat, в полето Offset image напишете offset, на Normalization Value направете фактора да е 1000, защото количеството шум при тази стойност е незначително за процеса с 12 битови Raw-изображения. В полето Number напишете броя на flat кадрите (при нас са 5). Натиснете Ок и изчакайте да се направи изчислението. Когато е готово запишете изображението в същата папка с името flat (фиг. 10).

СЪЗДАВАНЕ НА PIXEL BAD LIST

Заредете изображението dark и маркирайте с мишката една област от него (фиг. 11). От тулбара изберете бутона command (фиг. 12). Ще се отвори диалоговия прозорец command (фиг. 13).

Напишете командата:

>find_hot cosme 200

Натиснете Enter и програмата ще изчисли колко са горещите пиксели.

примерно:

Hot pixels number: 102

Ако числото cosme е малко, ще изпише:

Too many hot pixels (limit to 10000)

Ако числото cosme е прекалено голямо, ще изпише:

Hot pixels number: 0

Списъкът с горещите пиксели се съхранява във файла cosme.lst

PREPROCESSING

От менюто изберете Digital photo -> Preprocessing… (фиг.14).

В полето input generic name напишете името на светлите кадри (light). Другите полета трябва да са запълнени ако сте извършили предишните действия освен полето Output generic name, ако не са попълнете ги както е на фиг 14. Задайте в полето Output generic name име на изходните файлове (примерно 5s). Натиснете Ок. Изчакайте да се обработят изображенията. След като приключи с обработката селектирайте с мишката ярка звезда от изображението (фиг.15).

Селекцията трябва да е достатъчно голяма, така че да обхване всички отмествания на звездата между отделните изображения, в противен случай ще се получи грешно наслагване и ще прилича на фиг. 16.

Гледайте да няма по възможност други ярки звезди в селекцията.

След като сте селектирали достатъчно голяма част, изберете от менюто Processing -> Stellar registration… (фиг.17).

В полето Input generic name напишете името на обработените вече изображения т.е. 5s. В полето Output generic name задайте име на регистрираните файлове (примерно 5s-sr-). В полето Number задайте броя на обработваните кадри т.е. 5.

Изберете метода за регистрация One star. Натиснете Ок. При процеса не се извършва мащабиране или въртене на изображението.

След като приключи обработката изберете от менюто Processing -> Add a sequence… В Input generic name напишете името на регистрираните изображения (5s-sr-) и в полето Number напишете тяхния брой. Методът на наслагване го оставете на Arithmetic (фиг. 18).

Натиснете Ок. След наслагването на изображенията трябва да се получи неразмазано изображение като на фиг.19.

Ако се получи неправилно наслагване променете големината и мястото на правоъгълника при селектирането на звездата. При всяко ново селектиране трябва да минете първо през Stellar registration и после през Add a sequence. Ако след няколко опита пак не успеете има и друг вариант.

Направете селекция. Изберете от менюто Processing -> Planetary registration (1) … Попълнете Input, Output и Number полетата и задайте на Size of the sub-image: 512

След като се насложат правилно изображенията запаметете файла с име примерно stack. След това отиваме на Digital photo -> Convert a CFA image и конвертираме изображението в цветно. За да направим фотометрията по отделни канали трябва да разделим изображението на три цвята, като отидем на Digital photo -> RGB separation (фиг.20).

В празните полета пишем съответно r, g и b и натискаме Ок. Трите канала се запаметяват в отделни файлове в същата папка.

АПЕРТУРНА ФОТОМЕТРИЯ

Има два варианта за фотометрия. Вариант 1 – апертурна фотометрия и вариант 2 – автоматична фотометрия. Ще разгледаме и двата варианта, като започнем от първия. За да направим фотометрията трябва да имаме звездни стандарти, които не променят своя блясък. Влезте в сайта на AAVSO в раздел Observing->Variable star charts->Variable star plotter (VSP). В полето “WHAT IS THE NAME, DESIGNATION OR AUID OF THE OBJECT?” напишете името на променливата звезда (eps Aur). От менюто “CHOOSE A PREDEFINED CHART SCALE” изберете мащаба на полето (примерно В или С). От “CHOOSE A CHART ORIENTATION” изберете CCD. От “PLOT A FINDER CHART OR A TABLE OF FIELD PHOTOMETRY?” за сега изберете Chart. Натиснете бутона Plot Chart. Сайтът ще генерира автоматично площадка с нанесените на нея стандарти. Съхранете това изображение и се върнете назад отново на този прозорец. Този път в “PLOT A FINDER CHART OR A TABLE OF FIELD PHOTOMETRY?” изберете Photometry. Ще се генерира таблица с данни за всички стандарти, които се намират на площадката, която съхранихме. Изберете 7 стандартни звезди, от площадката. Примерно eta Aur, HIP22699, 5 Aur, HR1644, HIP23585, HIP23268, HIP23213. Може да използвате безплатната програма Cartes du Ciel, с която може да се ориентирате по площадката за стандартните звезди. Програмата може да си я свалите от тук: http://www.stargazing.net/astropc/download.html заедно с други каталози.

Отворете b канал от обработеното изображение в Iris-а и намерете стандартната звезда eta Aur. Отворете от менюто Analysis -> Aperture photometry… (фиг. 21).

В полето Radius 1: напишете примерно 10, в Radius 2: 15 и Radius 3: 20. Натиснете Ок. Вътрешният радиус трябва да е с големината на най-ярката звезда, от които ще измерваме, затова центрирайте мишката върху звездата. Ако радиусът е по-малък го уголемете, ако е по-голям го намалете (фиг. 22).

Когато е готово изберете един стандарт, който ще е основен (примерно eta Aur) нагласете апертурата да обхваща точно стандартната звезда без да излиза навън от кръга и натиснете левия бутон на мишката. Прозореца Output ще изведе данни, от които ни трябва само “Magnitude =” (при мен показва Magnitude = -16.636). Това число 16.636 (без минуса) трябва да го съберем със звездната величина на стандартната звезда в съответния канал (b канал B=2.994). Като го съберем получаваме 19.630. Този резултат трябва да го впишем в Analysis -> Aperture photometry… в полето Magnitude constant. Натиснете Ок и пак измерете стандартната звезда да се уверите, че няма грешка, трябва да изпише Magnitude = 2.994. Ако всичко е наред продължаваме нататък.

От тук: https://drive.google.com/file/d/1W5Dsp1Q2mbrSFlzLASJa7CABnA-bwrIz/view?usp=sharing изтеглете Reduction for Beginners file. Това е Excell-ска таблица.

Както знаете всеки един пиксел от CCD матрицата е разделен на червен, зелен и син цвят с филтри, но тези филтри не са калибрирани. За да ги калибрираме трябва да изчислим необходимите корекционни коефициенти за всеки един канал. В нея е заложена формула, която ще ни помогне да разберем истинската звездна величина на променливата звезда.

Отворете таблицата и я разгледайте добре. Както виждате има клетки с различни цветове – жълти, зелени и оранжеви. В зелените клетки се въвеждат стойностите на стандартите от каталога, в жълтите клетки се въвеждат инструменталните величини, които взимаме от измерванията по изображението, а в оранжевите клетки се изписват стойностите след пресмятането.

Започнете въвеждането на данни. В Target Star Table въведете името на променливата звезда и цветовия индекс от каталога. Данните въвеждайте с точност до третия знак след запетаята. По-долу в Check Star Table въведете звездната величина и цветовия индекс на основния стандарт, който сте избрали. В Comparison Star Table в колоната Star въведете имената на шестте стандарта от каталога. В жълтата колона I Mag въведете инструменталните звездни величини от измерването по изображението на стандартите. В следващите две зелени колони въведете данните от каталога. В колоната D Cat се изписва автоматично разликата между I Mag и B Cat.

Когато въведете всички данни пристъпете към измерване на променливата звезда и получените данни въведете в таблицата Target and Check Star Calibrated Magnitudes в колоната I Mag. Автоматично в колоната V Mag ще се изпише трансформираната звездна величина след пресмятането. Направете същата процедура и за останалите канали V и R.