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Die Bestimmung von Radialgeschwindigkeiten ein Erfahrungsbericht von Roland Bücke, Hamburg.

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Präsentation zum Thema: "Die Bestimmung von Radialgeschwindigkeiten ein Erfahrungsbericht von Roland Bücke, Hamburg."—  Präsentation transkript:

1 Die Bestimmung von Radialgeschwindigkeiten ein Erfahrungsbericht von Roland Bücke, Hamburg

2 Die Bestimmung von Radialgeschwindigkeiten mit Dobsonteleskopen und Ankopplung des Spektrographen via Lichtleiter

3 Die stabile Ausführung und die Einkopplung über einen Lichtleiter sind gute Voraussetzungen für die Messung von Radialgeschwindigkeiten.

4 Dopplerverschiebung von Spektrallinien: Dopplerverschiebung von Spektrallinien: Die Dopplerverschiebung ist sehr klein, die erforderliche Messgenauigkeit entsprechend hoch. Was ist die Radialgeschwindigkeit ? Wie wird die Radialgeschwindigkeit gemessen? Raumbewegung Eigenbewegung Radialgeschwindigkeit Δλ = λ 0 v R / c

5 Polaris Pulsationsveränderlicher vom Typ δ Cephei Spektralklasse F Periode (aktuell): 3.96 Tage Amplitude (akt.): ± 0.9 km/s

6 Simulation der Dopplerverschiebung der Spektrallinien von Polaris. Die Doppler- verschiebung, die von der Erdbewegung um die Sonne verursacht wird, überlagert die Pulsation um etwa das Zehnfache.

7 Auflösung Pixel Simulation der Dopplerverschiebung ohne den Einfluss der Erdbewegung.

8 Die Anwendung eines Lichtleiters ermöglicht genaue Radialgeschwindigkeitsmessungen auch mit Spektrographen geringer Auflösung.

9 Eigene praktische Erfahrungen auf dem Gebiet der Radialgeschwindigkeitsmessung Technische Ausstattung Beobachtungstechnik Datenreduktion und Auswertung

10 Vorteile der Lichtleiteranwendung Kein Streulicht kein nachweisbarer Einfluss von hellen künstlichen Lichtquellen und Vollmond. Himmelshintergrund wird völlig ausgeblendet Die Teleskopnachführung hat keinen Einfluss auf die Messgenauigkeit Das Teleskop dient nur zum Sammeln von möglichst viel Licht

11 Der Lichtleiter als Eintrittsspalt des Spektrographen: lichtführende Faser Nachführfehler haben keine Auswirkung (nur Lichtverluste) von der Nachführung unabhängige, homogene Lichtverteilung über die Faserendfläche. klassischer Spalt von der Nachführung abhängige, inhomogene Lichtverteilung im Spalt Nachführfehler haben Auswirkungen auf die Linienposition gleiche Einkopplung des Kalibrierspektrums andere Lichtverteilung des Kalibrierspektrums

12 Spektrograph hohe mechanische Stabilität, Metallausführung, feststehendes Gitter Spaltspektrograph, gegeben durch Lichtleitereinkopplung CCD-Kamera mit Zeilensensor 1 x 2048 Pixel (14 x 200µm), Eigenbau exakte Ausrichtung des Spektralfadens auf eine Pixelreihe keine Bildverarbeitung notwendig Kalibrierung mit künstlicher Lichtquelle, Neonglimmlampe feststehender Spektralbereich, auf Neonspektrum abgestimmt

13 Beobachtungstechnik 12 Aufnahmen mit jeweils 200s Belichtungszeit addiert 1 Neonaufnahme zur Kalibrierung: RV = -8,9 km/s Jede Aufnahme mit Neonaufnahme kalibriert: RV = -7,4 km/s

14 Beobachtungstechnik Zeitlicher Ablauf einer Beobachtung: Temperierung (ca. 30 Minuten) Neonspektrum (10 x 0,1s) 1. Sternspektrum (40s bis 300s) Neonspektrum (10 x 0,1s) 2. Sternspektrum (40s bis 300s) Neonspektrum (10 x 0,1s) … n. Sternspektrum (40s bis 300s) Neonspektrum (10 x 0,1s) Dunkelstromaufnahme Flatfield

15 Rohaufnahmen Rohspektrum Flatfield Dunkelstrom etc. Erkenntnisgewinn Periodenbestimmung von Oszillationen Bahnparameter von Doppelsternen Zeitliche Variationen etc. Datenreduktion Bildverarbeitung Normierung Kalibration Bestimmung der Dopplerverschiebung Berechnung der RV-Werte heliozentrische Korrektur Gaußfit Kreuz- korrelation 2-dim. Kreuz- korrelation … pulsierende Sterne Doppelsterne zwei Spektren Auswertung von Zeitserien Perioden- bestimmung Bahnparameter Deeming Lomb-Scargle Korrekturverfahren (z.B. Vergleichssterne) pulsierende Sterne Doppelsterne Solver Doppelsterne Statistische Methoden -Fehlerrechnung -Ausreißertests etc.

16 Kalibrierung der Spektren mit künstlicher Lichtquelle (Neon-Glimmlampe)

17

18 Verbesserung der Kalibriergenauigkeit durch die Anwendung von Polynomen höheren Grades.

19 Bestimmung der Dopplerverschiebung Bestimmung der Wellenlängen einzelner Linien durch Gaußfit:

20 Auswertung einer Messwerttabelle mit der Zahl der Linien steigt die Genauigkeit der Messung. Auswahl geeigneter Spektrallinien, Zeitserien immer mit den gleichen Linien auswerten! Erkennung und Entfernen von Ausreißern mittels eines statistischen Testverfahrens. Berechnung der Unsicherheit der Messung (Standardabweichung des Mittelwertes)

21 Bestimmung der Dopplerverschiebung über das gesamte Spektrum oder über Spektrenausschnitte mittels Kreuzkorrelation:

22 Ausblick Selbstbau eines 18 Dobson und Verbesserung der Nachführung, damit die 8 bis 10 fache Lichtmenge wie bisher Temperierung und ortsfeste Aufstellung, weitere Erhöhung der Messgenauigkeit (Erreichen der 0,1 km/s Marke?) Weiterentwicklung der Software SpecRaVE, Gemeinschaftsprojekt mit der FG Computerastronomie, Mitarbeit ist ausdrücklich erwünscht !

23 Mr. Miroshnichenko has published observation data of radial velocity variations in Ive tried to control this results Radialgeschwindigkeitsperiode der Hα – Linie von γ Cassiopeia

24 Radialgeschwindigkeitsperiode der Hα – Linie von γ Cassiopeia Messwerte mit angefitteter Sinusfunktion Die Residuen zeigen eine Drift im Beobachtungszeitraum Kurvenanpassung nach Korrektur der langsamen DriftPhasendiagramm

25 Radialgeschwindigkeitsperiode der Hα – Linie von γ Cassiopeia Harmanec et.al Miroshnichenko et.al Eigene Messungen ab 2006 P [Tage] / / e ω [°]47.9 +/-8.0…45 K 1 [km/s]4.68 +/ / rms [km/s] Anzahl Spektren


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