A eficiência absoluta é definida como a fração do fluxo monocromático incidente que é difratada numa dada ordem de difração em uma determinada condição. A eficiência relativa está relacionada com a reflexão de um espelho, coberto com o mesmo material que a rede (mesmo coating). Para a maioria das aplicações, apenas uma ordem de difração é utilizada, assim, é desejável que toda a luz difratada para esta ordem tenha uma eficiência absoluta mais próxima possível de 100%, para todos os comprimentos de onda. Contudo, a eficiência da rede geralmente é uma função bastante complexa do comprimento de onda e da polarização da luz incidente e depende da frequência das linhas, da forma das ranhuras e do material em que foi confeccionada. Especialmente na polarização TM (transversal magnética), quando o vetor do campo elétrico é perpendicular ao plano das ranhuras, podem-se observar variações rápidas na eficiência da rede em relação a uma pequena variação no comprimento de onda. Este fenômeno foi descoberto por R.W. Wood em 1902 e as rápidas variações são usualmente chamadas de anomalias de Wood (SPECTROGON, 2010).
Das redes disponíveis para o Coudé (300, 600 e 1800 l/mm), encontramos somente as informações do fabricante da rede de 600 l/mm (ver anexo), as quais são bastante limitadas e não informam a sua curva de eficiência. E como foi inviável realizar as medidas de eficiência com o IRIS 908RS, foi desenvolvido um aparato experimental para tal.
Para os testes de eficiência das redes utilizou-se de uma montagem (Figura 3.19) feita no espectrógrafo IFU-Eucalyptus (IFU do inglês: Integral Field Unit). Este instrumento encontra-se montado na mesma sala principal do espectrógrafo Coudé, utiliza-se do mesmo telescópio PE e também das mesmas redes de difração utilizadas para realizar as observações no Coudé (LABORATÓRIO NACIONAL DE ASTROFÍSICA, 2011). Portanto, os testes realizados possuem o mesmo valor, já que estas medidas em questão são relativas somente às redes, que também são elemento constituinte do Coudé.
Para se encontrar valores atuais da eficiência (curva de refletividade) das redes, foi confeccionado um adaptador (Figura 3.17) para fixar um espelho padrão (com o mesmo coating de alumínio que a rede) no suporte para as redes, que são iguais, tanto para o Coudé quanto para o Eucalyptus.
(a) (b)
(c) (d)
Figura 3.17 –(a) e (b): construção do suporte para o espelho. (d) e (c): montagem da adaptação com o suporte na posição da rede de difração no espectrógrafo IFU-Eucalyptus.
Para o registro dos dados, utilizou-se como detector o CCD 105 disponível no OPD, este contendo 2048 x 2048 pixels. Como a área do espelho utilizado é menor do que a área reflexiva total da rede, foi colocada sobre esta uma máscara limitadora (Figura 3.18b) que reduziu a área iluminada na rede. Assim a área iluminada na rede pela luz proveniente da fenda ficou mais semelhante com a área do espelho. Devido a estas limitações técnicas, considerou-se, por hipótese, que as redes são homogêneas e que a degradação destas também ocorreu desta maneira. Não foi possível realizar os testes de eficiência nas redes de 1800 e 300l/mm, pois foi inviável posicioná-las nos ângulos que estas deveriam ter para que o detector fosse iluminado nas ordens e comprimentos de onda desejados.
(a) (b)
Figura 3.18 –(a) Aspecto final da montagem do suporte para o espelho (ainda sem o espelho). (b) Rede de 600l/mm com a máscara que reduziu a área iluminada na rede.
Figura 3.19 – Aspecto final da montagem no IFU-Eucalyptus para o teste das redes de difração. O CCD 105 é o cilindro do lado esquerdo da imagem e do lado direito pode-se ver a rede de 600l/mm com a máscara redutora.
Figura 3.20 – Montagem do monocromador com a IFU (objeto no canto superior esquerdo da imagem), na cúpula do telescópio PE, para a execução dos testes de eficiência da rede de difração de 600 l/mm.
Como fonte de luz monocromática, utilizou-se o monocromador OL750 S com o conjunto de lâmpadas 740-20A (lâmpada de tungstênio) e com o módulo colimador 750-10C, todos da OPTRONIC LABORATORIES (Figura 3.20). Variando o comprimento de onda em intervalos de 500 Å entre 4.000 Å e 10.000 Å foi possível construir as curvas de eficiência do espelho padrão e da rede de difração de 600 l/mm (litográfica) para as posições em ordem 0 (zero) e 1ª ordem. Como resultados das medidas, foram obtidas imagens (Figura 3.21), em forma de fenda, do arranjo de fibras ópticas (IFU) do Eucalyptus.
(a) (b) (c)
Figura 3.21 – Imagens obtidas no teste da rede de difração para 5.500Å: (a) espelho padrão (coating de alumínio); (b) rede ajustada no ângulo para ordem zero e (c) rede ajustada no ângulo para ordem 1.
3.4.1 – Tratamento dos Dados
Para analisar os dados obtidos, fez-se uso da mesma técnica empregada por Ribeiro, F. F. (2010) nas medidas de eficiência de transmissão dos elementos dispersivos e filtros do espectrógrafo SIFS – SOAR Integral Field Spectrograph (ou espectrógrafo com unidade de campo integral para o telescópio SOAR), produzido pelo LNA. Utilizando a task do IRAF para redução de dados fotométricos com abertura poligonal – POLYPHOT – residente no package (do inglês: pacote) APPHOT, pacote este que se encontra inserido no pacote superior DIGIPHOT (Digital Stellar Photometric Package ou Pacote de Fotometria Digital Estelar em inglês) sob um dos conjuntos principais de pacotes: NOAO.
“O pacote APPHOT é um conjunto de tarefas para o emprego em fotometria de abertura em campos (estelares) pouco ou moderadamente densos. A técnica fotométrica empregada é integração de pixels fracional. As técnicas de point spread function não são usadas e nenhuns dos conhecimentos desta função são necessários para o cálculo de magnitudes. O pacote APPHOT executa fotometria de multi-aberturas num campo de estrelas ou objetos digitalizados principalmente em arquivos de imagem para IRAF. A entrada (input) para o pacote consiste em um arquivo de imagem, uma lista opcional das coordenadas do objeto, numerosos parâmetros controlando o algoritmo de análise a opcionalmente um terminal gráfico. A saída (output) do apphot consiste em sucessivas gravações, nas quais cada uma registra os resultados das análises para um simples objeto. Algumas tarefas também produzem gráficos na forma de meta dados.” Este pacote assume que a informação do pixel é linear (Davis, 1990).
POLYPHOT
Nesta tarefa do IRAF, é utilizada uma abertura poligonal, ou caixa, para calcular o fluxo dentro desta região, como mostra a Figura 3.22. As coordenadas deste polígono são inseridas através de um arquivo no parâmetro polygons (Figura 3.23) e devem ser escolhidas com bastante cuidado, pois este parâmetro definirá que região da imagem será levada em consideração para calcular qual o fluxo de fótons numa determinada medida (imagem). Encontrar o polígono adequado foi uma tarefa bastante trabalhosa. Vários tamanhos e posições foram testados até se chegar a um resultado satisfatório. A área selecionada foi igual tanto para o espelho quanto para a rede e preferencialmente nas mesmas regiões do CCD, para evitar possíveis imperfeições locais. Áreas iguais para o espelho e para a rede garantiram que somente as variações do fluxo entre as medidas fossem comparadas posteriormente. A definição do tamanho da área foi feita de tal maneira que o fluxo proveniente da rede possa ser medido sem perdas, mas não muito grande para não incluir demasiado ruído de fundo.
Figura 3.22 – Polígono usado para definir a região onde o fluxo foi calculado sobre imagem registrada com a rede em posição de ordem 1 com o monocromador ajustado para comprimento de onda de 5.500 Å
Figura 3.23 – Lista dos parâmetros da task POLYPHOT, já com os parâmetros preenchidos e selecionados.
As coordenadas da abertura poligonal e do seu centro devem ser inseridas nos respectivos parâmetros da tarefa através de um arquivo com uma formatação que o programa possa interpretar. Para o polígono, as coordenadas dos vértices são lidas no sentido horário e os arquivos devem ter a extensão .ver, como mostra o exemplo a seguir.
Arquivo area.or1.ver (Figura 3.23): 0137 2022
0232 2022 0323 0011 0137 0011 ;
Os arquivos com as coordenadas do centro do polígono devem ter a extensão .coo e, como possuem somente duas coordenadas, são mais simples e devem ter o formato do exemplo abaixo:
Arquivo area.or1.coo (Figura 3.23):
0185 1017 ;
Os outros parâmetros (datap.par por exemplo) são inseridos através de arquivos que criados ao executar o comando w! dentro da interface (menu) de edição de parâmetros (comando epar) para cada um deles. Deve-se assegurar que se está dentro do mesmo diretório onde a tarefa será executada para que esses arquivos sejam gerados dentro deste diretório.
– Datapars
Conjunto de parâmetros referentes às configurações da câmera CCD: ruído de leitura (readnoi), o ganho (epadu) e o tempo de exposição (itime) (Figura 3.24). O parâmetro itime foi selecionado como nulo, pois a tarefa não foi utilizada exatamente em sua função usual. O tempo de exposição foi levado em consideração posteriormente nas comparações entre as medidas da rede e as medidas do espelho padrão. Os outros parâmetros foram ajustados de acordo com cada medida.
Para criar o arquivo com os valores do datapars, acessou-se o menu de edição de parâmetros (Figura 3.24) e executou-se o comando:
:w! datap.par
– Centerpars
Este é o conjunto de parâmetros referentes à centragem da imagem (NATIONAL OPTICAL ASTRONOMY OBSERVATORIES). Para gerar o arquivo com os parâmetros do centerpars (Figura 3.25), executou-se o comando:
:w! center.par
Figura 3.25 – Configurações do parâmetro centerpars da task POLYPHOT, já preenchidas e selecionadas.
– Fitskypars
Conjunto de parâmetros referentes ao céu, como o algoritmo de apropriação do céu. Entretanto, como não são medidas usuais de corpos celestes, este parâmetro também teve valor nulo e todos os outros foram valores padrões e não foram alterados.
Para criar o arquivo com os valores do fitskypars acessou-se o menu de edição de parâmetros (Figura 3.26) e executou-se o comando:
:w! sky.par
– Polypars
Este é o conjunto de parâmetros referentes à magnitude (NATIONAL OPTICAL ASTRONOMY OBSERVATORIES). Para gerar o arquivo com os parâmetros do polypars (Figura 3.27), executou-se o comando:
:w! mag.par
Figura 3.27 – Configurações do parâmetro polypars da task POLYPHOT, já preenchidas e selecionadas.
No caso do tratamento dos dados dessas medidas da rede de difração do Coudé, a grande maioria dos parâmetros da tarefa POLYPHOT não necessitou de modificações. Grande parte dos valores e configurações padrões da tarefa foram suficientes e adequados para sua execução. Foram criados todos esses conjuntos de arquivos para cada tipo de medidas realizadas, ou seja, um conjunto de arquivos para as medidas do espelho, outro para rede em ordem 0 e outro para ordem 1. Após realizar esses procedimentos acima e executar a tarefa, foram gerados arquivos, um para cada imagem, do tipo 550_0001.imh.ply.2, sendo:
- 550_0001.imh é nome do arquivo da imagem obtida numa determinada medida. - ply é a extensão do arquivo de saída dos resultados.
- 2 é o índice da versão do arquivo gerado em determinada execução.
Os arquivos descritos acima são gerados no mesmo diretório em que se encontram as imagens estudadas. Possuem os resultados e a listagem dos parâmetros utilizados no cálculo do fluxo, bem como os valores do fluxo total dentro da região definida pelo polígono e os valores das áreas encerradas por eles.
Após a aplicação dos procedimentos descritos acima, foram encontrados valores que puderam ser comparados com as medidas tomadas do espelho padrão (coating de alumínio) e com valores encontrados na literatura. Os procedimentos executados geraram imagens da IFU do Eucalyptus (Figura 3.21), tanto para a rede quanto para o espelho e, após o tratamento dos dados, tiveram valores extraídos que então foram transcritos em gráficos comparativos e posteriormente em planilhas, a fim de encontrar um valor para eficiência total do espectrógrafo. A Figura abaixo mostra os valores encontrados para a rede de 600 l/mm.
Figura 3.28 – Curvas da eficiência do espelho padrão, com coating de alumínio e da rede de 600 l/mm, em posição de ordem zero e 1ª ordem.