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Les spectrophotomètres

15/06/2014. Dès la conception de la mission, il a été prévu d’inclure un instrument spectrophotométrique à bord de Gaia. Pour de nombreuses raisons :

  • corriger les effets de la chromaticité sur l’astrométrie (déplacements systématiques de la position des objets observés dans le champ astrométrique selon leur couleur), correction nécessaire à la précision attendue des mesures astrométriques,
  • permettre la classification des objets observés : distinction étoiles - quasars - galaxies, distinction entre les différents types d’étoiles,
  • caractériser les étoiles observées : température, gravité, abondance de certains éléments chimiques (en particulier le fer),
  • déterminer les albédos des astéroïdes observés,
  • estimer les redshifts (décalages vers le rouge) et l’intensité des raies en émission des quasars observés,
  • détecter et caractériser les objets variables,
  • déterminer l’extinction et le rougissement interstellaire provoqués par la présence de gaz et de poussière dans l’espace interstellaire.

L’instrument spectro-photométrique de Gaia est composé de deux prismes à basse résolution en silice fondue, les spectro-photomètres bleu et rouge : BP et RP. Comme l’instrument spectroscopique (le Radial Velocity Spectrometer), les spectro-photomètres sont situés entre le miroir M6 et le plan focal et reçoivent ainsi la lumière provenant des deux champs de vision. La sélection des sources à observer est effectuée en utilisant les informations fournies par le repéreur d’objets célestes (sky mapper). Voir le schéma général de l’instrument.

Le spectro-photomètre bleu, BP, opère dans le domaine 330 à 680 nm, avec une dispersion spectrale allant de 3 à 27 nm/pixel. Pour le spectro-photomètre rouge, le domaine spectral couvre les longueurs d’onde de 640 à 1050 nm avec une dispersion spectrale variant de 7 à 15 nm/pixel. Voir aussi les précisions attendues sur les observations spectro-photométriques.

Les illustrations ci-dessous montrent les deux spectro-photomètres et leur couverture en longueur d’onde, ainsi que celle de l’instrument astrométrique (bande G) et du spectromètre, le RVS.

Le spectromètre de Gaia Bandes passantes G, BP, RP et RVS

 

Les observations obtenues avec les spectro-photomètres sont des petits spectres à basse résolution, allongés dans le sens du balayage, dont la figure ci-dessous (courtesy A.G.A. Brown) est une illustration : spectre RP simulé pour une naine froide rouge de type M et de magnitude apparente V = 17.5. Le code couleur donne l’intensité du signal, le contour blanc donne le niveau du fond de ciel, la boite rouge indique les données qui sont envoyées au sol.

Spectre RP simulé d’une naine M de magnitude V = 17.5


Pour comparaison, la figure ci-dessous montre une série de sept spectres observés par les deux spectro-photomètres BP (à gauche) et RP (à droite) pour 7 étoiles de types spectraux différents : d’une étoile très froide (environ 3000°) et très rouge, une géante de type spectral M5 III (en haut) à une étoile chaude (environ 8000°) de type spectral A3 (en bas).

Spectres BP et RP obtenus par Gaia pour 7 étoiles brillantes

Voir plus de détail sur les observations spectro-photométriques.