Spektrin mittaaminen

Tässä vaiheessa kaksiulotteisesta CCD-kuvasta mitataan yksiulotteinen spektri. Mittaus tapahtuu komennolla apall, joka suorittaa seuraavat toimenpiteet:

määritetään spektrin paikka karkeasti CCD-kuvassa
määritetään ``jälki'' (trace), jota pitkin spektrin kirkkain kohta kulkee CCD:llä
kuljetaan pitkin määritettyä ``jälkeä'' dispersiosuunnassa (tässä tapauksessa pystysuorassa) yhden pikselin askelein ja mitataan spektrin kirkkaus jokaisessa kohdassa. Koska spektri on levinnyt spatiaalisessa suunnassa (vaakasuorassa) ilmakehän vaikutuksesta, täytyy kullakin askeleella summata yhteen kaikkien pikselien kirkkaus spatiaalisessa suunnassa.

Komennolla apall, on paljon säädettäviä parametreja, enemmän kuin millään muulla komennolla. Onneksi läheskään kaikkia parametreja ei tarvitse muuttaa vaan oletusarvo on suurimmassa osassa riittävä. Kirjoitetaan siis rohkeasti

ecl>epar apall

ja editoidaan parametrit kuvien 11, 12 ja 13 mukaiseksi. Parametrit, joiden arvoa täytyy muuttaa ovat:

**Kuva 11:** `apall`-komennon parametreja.
$\begin{figure}\small \begin{verbatim}*input = backmALqk020036 List of input i... ...shold = 0.) Detection threshold for profile centering\end{verbatim} \end{figure}$

**Kuva 12:** Lisää `apall`-komennon parametreja.
$\begin{figure}\small \begin{verbatim}...$

**Kuva 13:** Vielä lisää `apall`-komennon parametreja.
$\begin{figure}\small \begin{verbatim}...$

input : Tähän tulee taustavähennetyn kuvan nimi.

output : Yksiulotteisen spektrin nimi.

resize = no : Default-arvo on, että spektrin yli kuljetettavan mittausapertuurin koko vaihtelee spektrin kirkkauden mukaan. Tämä on hyödyllistä tapauksissa, joissa signaali/kohinasuhde vaihtelee suuresti spektrin eri kohdissa. Tässä tapauksessa vakioapertuuri on kuitenkin riittävä, koska signaali/kohinasuhde on korkea.

lower, upper : Mittausapertuurin alempi ja ylempi raja spektrin keskikohdan suhteen. Tämä antaa siis mittausapertuurin koon spatiaalisessa suunnassa (tässä siis vaakasuorassa). Kaikki spektrin pikseliarvot, jotka osuvat apertuurin sisälle summataan spatiaalisessa suunnassa ja lopputulos tallennetaan spektrin kirkkaudeksi ko. kohdassa dispersioakselilla (eli käytännössä siis tallentuu spektrin kirkkaus pystysuoran pikselikoordinaatin funktiona). Apertuurin koko kannattaa valita siten, että se kattaa koko näkyvän osan spektristä.

width,radius : Keskitysapertuurin koko. Spektrin huippukohta määritetään apertuurissa, jonka koko annetaan tässä. Tämän apertuurin ei tarvitse kattaa koko spektrin näkyvää osaa, tyypillisesti noin yksi neljäsosa riittää. Huomaa, että width on apertuurin koko ja radius = width / 2.

t_order : Kuten aikaisemmin jo mainittiin, apall seuraa spektrin huippukohtaa siirryttäessä pitkin dispersioakselia alhaalta ylöspäin, eli määrittää spektrin ``jäljen''. Kuvasta 10 näyttäisi siltä, että spektrin paikka ei muutu kuljettaessa pystysuoraan, eli spektri näyttäisi pysyvän samoissa CCD-kuvan kolumneissa koko matkan alhaalta ylös. Todellisuudessa spektri on kuitenkin hieman kaareva johtuen spektrograafin optiikan aiheuttamista kuvausvirheistä. Ero on niin pieni, että sitä ei kuvasta 10 huomaa, eikä sillä tässä tapauksessa ole suurtakaan käytännön merkitystä, mutta koska se on helppo ottaa huomioon, tehdään se tässä.

IRAF tallentaa spektrin ``jäljen'' polynomina, jonka kertaluokka t_order kertoo kuinka ``taipuisa'' jälki halutaan tallentaa. Yleensä t_order = 3 (paraabeli) antaa riittävän korkean kertaluokan.

weights : Kun tämä asetetaan arvoon yes, spektrin summaus tehdään painotetusti, eli kirkkaampia pikseleitä painotetaan enemmän kuin himmeitä pikseleitä, mikä on hyvä asia.

readnoise, gain : Tähän kirjoitetaan käytetyn CCD:n lukukohina ja vahvistuskerroin. Huom! Tarkista nämä ohjaajalta, koska nämä riippuvat käytetystä CCD:stä!

Kun kaikki parametrit on asetettu, aja

ecl>apall

jolloin apall kysyy ensin muutaman kysymyksen:

List of input images (backmALqk020036): 
Find apertures for backmALqk020036?  (yes): 
Number of apertures to be found automatically (1): 
Edit apertures for backmALqk020036?  (yes):

joihin vastataan painamalla <enter> (eli hyväksytään suluissa olevat default-arvot). Tämän jälkeen apall avaa ensimmäisen ikkunan (kuva 14). Kuvassa on kuvan backmALqk020036 poikkileikkaus vaakasuorassa suunnassa. Keskellä oleva korkea piikki on itse spektri. IRAF on automaattisesti etsinyt spektrin paikan ja merkinnyt mittausapertuurin paikan kuvaan vaakasuoralla palkilla ja numerolla 1. Mittaajan tehtävä tässä vaiheessa on tarkistaa, että apertuuri sijaitsee edes likipitäen spektrin kohdalla. Kuvassa näin näyttäisi olevan, eli voidaan painaa q (quit) ja jatkaa seuraavaan vaiheeseen.

**Kuva 14:** `apall`-komennon ensimmäiseksi avaama ikkuna.
$\begin{figure}\centering \epsfig{width=13cm,file=apall1.eps}\end{figure}$

Mikäli jostain syystä IRAF ei onnistu löytämään spektrin paikkaa oikein, täytyy se tehdä manuaalisesti. Siirrä siis kursori lähelle palkkia ja paina d (delete) ja r (replot), jolloin väärin merkitty palkki katoaa. Siirrä nyt kursori spektripiikin huipun kohdalle ja paina m (mark), jolloin apertuurin paikkaa ilmaisevan palkin pitäisi ilmestyä oikeaan kohtaan. Tämän jälkeen paina q (quit).

Nyt apall kysyy plottausikkunan alalaidassa

Trace apertures for backmALqk020036? (yes):
Fit traced positions for backmALqk020036 interactively? (yes):
Fit curve to aperture 1 of backmALqk020036 interactively? (yes):

joihin kaikkiin vastataan painamalla <enter> ja kuvan 15 kaltainen ikkuna aukeaa.

**Kuva 15:** `apall`-komennon toiseksi avaama ikkuna.
$\begin{figure}\centering \epsfig{width=13cm,file=apall2.eps}\end{figure}$

Kuvassa näkyy nyt spektrin huippukohdan sijainti kullakin CCD-kuvan rivillä (plus-merkit) ja sijainteihin tehty sovitus eli spektrin ``jälki'' (katkoviiva). Kuvasta nähdään, että spektrin huippu pysyy melko tarkkaan kolumnissa 761-762, eli se muuttuu vain pari pikseliä kun kuljetaan kuvan alalaidasta ylälaitaan. Pieni kaarevuus on kuitenkin nähtävissä.

Mittaajan tehtävänä on nyt varmistaa että sovitettu ``jälki'' vastaa havaittuja sijainteja riittävän tarkasti. Mikäli näin ei ole, syynä saattaa olla esim. se, että valittu polynomifunktion kertaluokka (parametri t_order) on liian korkea/matala. Kertaluokkaa voi muuttaa kirjoittamalla plottausruudussa esim. :order 1 <enter> ja f (fit). Kokeilemalla eri arvoja voidaan ehkä saavuttaa parempi sovitus. Joskus havaituissa sijainneissa esiintyy yksi muista kaukana oleva piste, joka aiheuttaa virhettä sovitukseen. Virheellinen piste voidaan poistaa asettamalla kursori sen päälle ja painamalla d (delete) ja f (fit).

Kun ollaan tyytyväisiä sovitukseen painetaan q (quit), jolloin apall kysyy plottausikkunan alalaidassa

Write apertures for backmALqk020036 to database? (yes):
Extract aperture spectra for backmALqk020036? (yes):
Review extracted spectra from backmALqk020036? (yes):
Review extracted spectrum for aperture 1 from backmALqk020036? (yes):

joihin kaikkiin vastataan taas painamalla <enter> ja kuvan 16 kaltainen ikkuna aukeaa.

**Kuva 16:** `apall`-komennon kolmanneksi avaama ikkuna.
$\begin{figure}\centering \epsfig{width=13cm,file=apall3.eps}\end{figure}$

Kuvassa on nyt apall-komennon lopputulos, eli kohteen 1-ulotteinen spektri. Esimerkin tapauksessa näkyy selvästi useita emissioviivoja, jotka syntyvät supermassiivista mustaa aukkoa ympäröivissä kaasupilvissä. Tämä ei ole kuitenkaan vielä valmis spektri, sillä vaaka-akselilla on pikselikoordinaatti eikä aallonpituus ja pystyakselilla spektrin voimakkuus ADUissa eikä ``oikeissa'' fysikaalisissa yksiköissä.

Painetaan vielä q (quit) ja spektri tallentuu levylle, tässä tapauksessa nimellä 1dmALqk020036.fits. Lisäksi hakemistoon database tallentuu spektrin ``jälki''.

Aliluvut

Sivujuonne: splot

Kari Nilsson
2013-12-13