Amélioration de performance du eShel : bienvenue au eShel II

Depuis quelques mois, nous proposons des fibres optiques plus performantes dans la partie bleue du spectre. La parie bleue du spectre contient beaucoup d’informations astrophysiques et nous avons cherché à tirer parti de cette amélioration pour accroître les performances du spectroscope eShel.

La conception originale du spectroscope eShel, qui date de 2009, utilisait des composants optiques standards figurant dans les catalogues des fournisseurs industriels. La technologie, les matériaux et les outils disponibles aujourd’hui nous permettent de fabriquer des composants optiques sur mesure, optimisés pour notre utilisation en spectroscopie. Dans ce contexte, la modification du doublet de collimateurs eShel permet un gain de performance significatif pour les longueurs d’onde extrêmes, notamment dans le bleu.

Cet article montre le gain obtenu après le changement du doublet qui est situé après l’entrée de la fibre optique dans le tube qui amène le faisceau parallèle (collimaté) à l’intérieur du spectrographe, avant qu’il ne soit diffracté par le réseau. Le nouveau doublet a été calculé de façon à réduire autant que possible le chromatisme dans un vaste domaine spectral.

Le kit de mise à jour est disponible

Shelyak Instruments vous propose un kit de mise à jour du spectro eShel (cela ne concerne que les modèles vendus au plus tard en mai 2018 – contactez-nous si vous avez un doute). Il s’agit de remplacer le « module collimateur » – le tube support de la fibre optique du spectrographe contenant le doublet.

La mise à jour est facile à réaliser, en dévissant simplement les 3 vis supportant le tube et en le remplaçant par le nouveau tube :

Aucun nouveau réglage n’est nécessaire pour produire des spectres (la focalisation du doublet sur la fibre optique est faite en usine). Il faudra juste adapter les paramètres du logiciel à cette nouvelle configuration (les détails sont donnés dans cet article) et refaire le calcul de la réponse instrumentale.

Note (1): pour profiter pleinement de l’amélioration apportée par ce nouveau doublet collimateur, il est vivement conseillé d’utiliser une fibre optique « high-OH », de nouvelle génération (sensible dans l’UV).

Note (2) : Dorénavant, tous les nouveaux spectroscopes eShel sont bien sûr livrés avec ce nouveau doublet.

Les résultats

Sans attendre la nuit, on peut faire déjà un premier essai avec la lampe de calibration Thorium/Argon de l’eShel. l L’image brute produite montre bien le gain obtenu avec le nouveau doublet :

Alors que la configuration initiale limitait l’exploitation aux ordres #32 (7100A) à #52 (4275A), on peut maintenant couvrir les ordres #30 (7500A) à #55 (4050A) : la raie Hδ est maintenant accessible. Cela sans changer les habitudes d’acquisition de spectres ni les paramètres du logiciel.

La résolution est significativement améliorée sur plusieurs ordres et l’on obtient maintenant une résolution supérieure à 10 000 pour les ordres de #33 à #53 inclus (au lieu de #33 à #50 pour l’ancien doublet). Pour les ordres #54 à #55, la résolution est moindre variant de 7000 à 9000 selon les ordres, il en est de même pour les ordres #30 à #32 inclus. Le graphe ci-dessous montre le pouvoir de résolution obtenu pour chaque ordre, pour le eShel original et sa version mise à jour, le eShel II :

Un test sur une étoile montre que l’on obtient sans problème tous les ordres de #30 à #55 inclus, ce qui permet d’avoir une raie de Balmer de plus que la version précédente. Le graphe ci-dessous, montre le spectre de Phecda, une étoile Be de magnitude V=2,44.

Pour aller encore plus loin…

La modification du doublet collimateur du eShel ouvre la porte à d’autres améliorations : ce n’est plus l’élément limitant de l’instrument. Vous pouvez voir sur le forum Aras les discussions sur ce sujet.

En quelques mots, deux éléments limitent aujourd’hui le domaine spectral exploitable :

• la lampe de flat (qui n’a pas assez de flux dans le bleu profond; il faudrait une lampe à beaucoup plus haute température),
• l’objectif photo (Canon 85mm F/1.8).

Nous travaillons activement sur ces éléments, pour proposer dans les prochains mois une nouvelle amélioration sensible de l’instrument !

Dès aujourd’hui, en optimisant au maximum le nombre de flat et le temps de pose (pour avoir un bon snr dans le bleu) il est possible de traiter les ordres #56 et #57, ce dernier contenant les fameuses raies H & K. Mais celles ci restent difficiles à obtenir en conservant en bon snr sans changer d’autres éléments du spectrographe.

Le graphe ci-dessus montre les raies H et K du Soleil de l’ordre #57 avec une résolution de l’ordre de R= 6000-7000. H∂ figure dans l’ordre #55. Le temps de pose reste très important afin d’obtenir un snr suffisant dans cette partie du spectre proche de l’UV (ici avec une ATIK 460ex en binning 2×2).

Un autre exemple de spectre obtenu sur une étoile de type B avec les raies de Balmer jusqu’à H epsilon :

Spectre de l’étoile HD 155763 (Zet Dra) de type B6III