Longueurs d'ondes

 

Longueurs d'ondes

 

1 - Longueurs d'ondes des objets célestes

Les photons ont une longueur d'onde différente en fonction de leur fréquence. Un photon n'est pas seulement un grain de lumière, ou plus exactement ce que nous entendons par lumière n'est que la partie apparente du spectre électromagnétique à laquelle nos yeux sont sensibles.

Le spectre électromagnétique allant des rayons Gamma qui ont des longueurs d'onde extrèmement petite mais des fréquences très élevées, aux ondes radio   qui ont des longueurs d'onde très grande mais une fréquence faible.

Ci-dessus le spectre électromagnétique, le zoom correspond à celui  de la lumière visible avec la décomposition des couleurs. Figurent les longueurs d'onde des raies d'émission des gazs ionisés : en bleu, l'Oxygène III, en vert le H-Alpha ou Hydrogène ionisé, en rouge le Soufre ionisé (S II). Les couleurs attribuées correspondent à la palette SHO (Soufre, Hydrogène, Oxygène) utilisée par le télescope spatial Hubble. Les   captures réalisées dans ces longueurs d'onde sont déclarées en Rouge, Vert et Bleu, d'où les couleurs attribuées sur le schéma.

La connaissance de ces diférentes longueurs d'onde est essentielle quand on veut imager des objets célestes qui n'ont pas forcément les mêmes propriétés physiques.

Ainsi, des nébuleuses diffuses auront un très fort signal dans la raie de l'Hydrogène ionisé aussi appelée raie H-Alpha et centrée sur 656,28 nm. Par contre, si on utilise un filtre Oxygène III sur ces nébuleuses, le signal est généralement très inférieur à celui reçu de la bande H-Alpha.

La raison en est simple, les nuages que constituent les nébuleuses diffuses sont des nuages d'hydrogène  formés au début de l'Univers, ils sont les constituants de base des nouvelles étoiles, ils s'effondrent sur eux-mêmes pour donner naissance à de nouvelles étoiles.

Excitées par les rayonnements des étoiles  environnantes, les molécules d'hydrogène qui constituent la plus grande partie de ces nuages, sont ionisées, c'est le rayonnement lié à cette ionisation des molécules d'hydrogène qui est observé à la longueur d'onde de 656,28 nm.

Bien entendu d'autres molécules sont présentes dans le milieu interstellaire, dont l'oxygène, le soufre, l'azote, etc...mais ces dernières sont la résultante de la nucléosynthèse qui s'est produite dans le coeur des   générations précédentes d'étoiles. Celles-ci en explosant   (cas des supernovae) ou en éjectant leurs couches externes (cas des novaes) enrichissent le milieu interstellaire d'éléments plus lourds que l'hydrogène.

C'est aussi la raison pour laquelle une nébuleuse planétaire, qui comme sont nom ne l'indique pas est formée par une étoile agonisante qui expulse ses couches externes (on parle de nova dans ce cas), aura un signal fort dans la raie de l'oxygène ionisé ou O III.

En effet la nucléosynthèse de l'étoile génitrice de la nébuleuse planétaire, a formé les atomes d'oxygène ainsi que de nombreux autres éléments plus lourds que l'hydrogène.

C'est pourquoi  les nébuleuses planétaires émettent beaucoup dans la longueur d'onde de l'Oxygène O III.

Une pose photographique effectuée sur une telle nébuleuse avec un filtre O III capturera de nombreuses extensions gazeuses sur ce type de nébuleuse. Le filtre H-Alpha permettra lui aussi d'enregistrer les extensions des nuages d'hydrogène expulsés par l'étoile centrale, le filtre S II permettra lui aussi d'enregistrer le signal du soufre ionisé.

Pour effectuer des poses avec une chance d'enregistrer différentes types de gazs, il faudra adapter le temps de pose en fonction de l'objet ciblé et aussi des filtres utilisés.

2 - La sélectivité des filtres

Les filtres sont centrés sur une ou des longueurs d'ondes particulières.

Ainsi, un filtre H-Alpha permettra d'enregistrer, comme déjà vu ci-avant, les émissions de l'hydrogène ionisé à 656,28 nm.

Cependant , un filtre pourra enregistrer d'autres composants en fonction de sa sélectivité.

Il existe des filtres H-Alpha de par exemple 35nm, 13nm, 12nm, 7nm ou  3nm de bande passante.

La largeur de la bande passante d'un filtre détermine sa capacité à enregister les émissions d'un gaz en particulier.

Un filtre H-Alpha centré sur   656,28 nm et de 7 nm de bande passante couvre la bande du spectre électromagnétique de approximativement 654 nm à 661 nm. La raie d'émission H-Alpha est couverte. Par contre la raie d'émission de l'azote ionisé à 658,4 nm est comprise dans cette bande passante.

Les images enregistrées avec un tel filtre, dénommé H-Alpha, comprendront en pratique les émissions de l'hydrogène ionisé mais aussi celle de l'azote ionisé.

Pour n'enregistrer plus précisément que les émissions H-Alpha il faudra utiliser un filtre plus étroit, en pratique on prendra un filtre de 3 nm de bande passante.

Avec une telle bande passante la sélectivité des enregistrements est plus importante, 3nm centré sur 656,28 nm permettent d'enregistrer uniquement la bande H-Alpha, la majorité des émissions de l'azote ionisé sont rejetées par le filtre de 3nm.

Inversement ,si on veut enregistrer les émissions de l'azote ionisé centrées à 658,4 nm il faudra également choisir un filtre de 3 nm centré sur 658,4 nm.


 

 

 


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