Bab IV Spektroskopi

Bab IV
Spektroskopi
Pengamatan spektroskopi variabel delta Scuti biasanya dimaksudkan untuk
mendeteksi komponen non-radial dari pulsasi. Hal ini membutuhkan resolusi kisi
yang tinggi demi dapat mendeteksi hal tersebut. Mengingat bahwa RS Gru adalah
delta Scuti beramplitudo tinggi, kemungkinan besar bintang ini hanya memiliki
satu mode pulsasi saja. Pengamatan spektroskopi yang dilakukan di sini tidak
bertujuan untuk mendeteksi adanya komponen non-radial, melainkan untuk
mengamati perubahan kelas spektrum.
IV.1.
Pengamatan
Pengamantan dilakukan pada Jumat/Sabtu, 6/7 Oktober 2006, menggunakan
Reflektor Cassegrain GOTO 45 cm, Bosscha Compact Spectrograph, dan CCD
ST-8XME. Tujuan pengamatan spektroskopi adalah untuk melihat perubahan
kelas spektrum terhadap fase dari RS Gru. Untuk itu digunakan hanya satu sudut
grating saja dan kemudian mengambil citra spektrum bintang berulang kali
sepanjang malam. Sudut grating yang dipilih adalah sedemikian sehingga dapat
mencakup garis Hα dan Hβ. Dua garis tersebut dipilih karena selain cukup tegas,
juga terpisah cukup jauh dalam satu bingkai citra CCD ST-8 + BCS. Sepanjang
malam pengamatan berhasil diperoleh 9 citra spektrum bintang RS Gru dengan
waktu bukaan 5 menit untuk citra pertama dan 10 menit untuk citra berikutnya.
Detail pengamatan disajikan pada beberapa sub bagian tulisan di bawah ini.
IV.1. 1. Obyek Pengamatan
Bintang program:
• Nama
: RS Gru (HD 206379)
• α2000
: 21h43.07m
• δ2000
: -48d11,4m
• mV(maks)
: 7,92
• mV(min)
: 8,51
• Kelas spektrum : A6 - A9IV - F0
• Periode
: 3,5 h
• Amplitudo
: 0,59
Bintang pembanding
• Nama
: HR 7950
• α2000
: 20h47,7m
• δ2000
: -09d29,7m
• Kelas spektrum : A1,5V
IV.1.2. Instrumentasi
IV.1.2.1. Reflektor Cassegrain GOTO-45cm
• Cermin primer
:
d = 450 mm
f = 1800 mm
• Cermin sekunder
:
d = 150 mm
fgabungan = 5400 mm
• Skala bayangan
•
Vbatas
:
38,12″/mm
:
15,97
IV. 1.2.2. Spektrograf BCS (Bosscha Compact Spectrograph)
• Tipe
: slit dan kisi datar
• Konfigurasi
: quasi - littrow, γ = 30°
• Lebar slit
: 80 µm
• Panjang slit
: > 20 mm
• Posisi slit
: tetap
• Kolimator dan kamera
: sistem lensa
• panjang fokus kolimator
: 240 mm
• panjang fokus sistem kamera
: 200 mm
• Spektrum pembanding
: Fe - Ne - Ar
• Order-cut filters
: short-cut pada 390 nm dan 480 nm
• Kisi
: 300 baris/mm blazed pada 500 nm
: 1200 baris/mm blazed pada 500 nm
• basic pupils
: slit viewer, main eyepiece
• dimensi
: 30 cm × 20 cm × 27 cm.
• berat
: 15 kgf (tanpa kamera)
IV.1. 2. Jurnal Pengamatan
Prosedur pengambilan citra dalam 1 malam pengamatan spektroskopi adalah
sebagai berikut :
• Pengambilan sejumlah bingkai citra bias.
• Pengambilan citra lampu pembanding.
• Pengambilan citra obyek
• Pengambilan citra lampu pembanding
• Pengambilan citra obyek
• Pengambilan citra lampu pembanding
• Pengambilan citra obyek
• …
• Pengambilan citra lampu pembanding
• Pengambilan citra obyek
• Pengambilan citra lampu pembanding
• Pengambilan sejumlah citra gelap dengan waktu integrasi sama dengan citra
obyek.
• Pengambilan beberapa citra medan datar untuk tiap-tiap sudut grating.
• Pengambilan sejumlah bingkai citra bias
Informasi mengenai kegiatan pengamatan spektroskopi disajikan di bawah ini:
• Hari/Tanggal
: Jumat/Sabtu, 6/7 Oktober 2006
• Pengamat
: GIP, HLM
• Fase bulan
: purnama
• Grating
: 300 groove/mm
• Sudut grating
: 350°
Jurnal pengamatan spektroskopi disajikan dalam tabel IV. 1.
Tabel IV. 1. Jurnal pengamatan spektroskopi RS Gru pada 6/7 Oktober 2006
Waktu
Kegiatan
19.06
instalasi instrumen
19.34
pointing ke HR 7950 (standar
19.45
spektroskopi)  error
19.52
pointing ke HR 7950 (standar
19.53
spektroskopi)
19.55
Citra bias
20.47
citra lampu pembanding
21.09
Ambil citra HR 7950 (3 kali)
21.21
Citra lampu pembanding
21.23
RS Gru, 300s
21.47
Citra lampu pembanding
22.08
RS Gru 1, 600s
22.09
RS Gru 2, 600s
22.41
Citra lampu pembanding
22.53
RS Gru 3, 600s
23.04
RS Gru 4, 600s
23.15
Citra lampu pembanding
23.37
RS Gru 5, 600s
23.39
RS Gru 6, 600s
00.10
Citra lampu pembanding
00.23
RS Gru 7, 600s
00.29
RS Gru 8, 600s
Citra lampu pembanding
Bias2
IV.2. Reduksi, Kalibrasi dan Ekstrasi data menggunakan IRAF
IV.2.1 Pra Proses
Yang dilakukan pertama kali adalah membuat master citra bias, citra gelap dan
citra medan datar. Master citra bias dibuat dengan merata-ratakan atau mengambil
median dari citra-citra tersebut, bergantung pada standar deviasi mana yang lebih
kecil. Hal yang sama dilakukan pada pembuatan master citra gelap dan citra
medan datar. Pada perangkat lunak IRAF, pembuatan master ini menggunakan
task imsum option = 'average' atau imsum option = 'median'.
Pemeriksaan standar deviasi menggunakan task imstat.
Pra proses dilakukan dengan rumus sebagai berikut :
i (x, y ) =
l (x, y )! ld (x, y )
l f (x, y )! lb (x, y )
dengan i(x,y) adalah citra yang telah direduksi, l(x,y) adalah citra mentah, ld(x,y)
adalah citra gelap (dark image), lf(x,y) adalah citra medan datar (flatfield image),
adalah lb(x,y) citra bias dan (x,y) menunjukkan pixel pada baris ke-x dan kolom
ke-y. Pengurangan citra dilakukan dengan menggunakan task imarith ? = dan pembagian dilakukan dengan menggunakan task imdiv.
citra mentah
_________________________________________________________________
citra medan datar
+
citra bias
Gambar IV. 1. Pra proses spektroskopi
Gambar IV. 2. Citra bersih spektroskopi
Gambar IV. 3. Citra HR7950 (bintang standar) pada sudut kisi 350°
Gambar IV. 4. Citra lampu pembanding pada sudut kisi 350°
IV.2.2 Ekstrasi, Kalibrasi dan Normalisasi
IV.2.2.1. Ekstrasi
Reduksi data spektroskopi meliputi ekstrasi dan kalibrasi spektrum.
Gambar IV. 5. Bagian-bagian dari sebuah citra spektrum bintang.
Pada prinsipnya ekstrasi adalah proses mengubah spektrum 2 dimensi menjadi
spektrum 1 dimensi. Ekstrasi meliputi langkah-langkah sebagai berikut :
• Menentukan/menemukan profil spasial spektrum. Pada prinsipnya hal ini
dilakukan dengan mempelajari citra sepanjang sumbu spasial dan
menentukan puncak dari profil.
• Mendefinisikan daerah ekstrasi dan daerah latar belakang. Pada
prinsipnya hal ini dilakukan dengan menentukan ukuran daerah ekstrasi dan
daerah latar belakang dengan menentukan jumlah piksel di sebelah kiri dan
kanan pusat profil spasial.
• Menentukan pusat profil spasial sebagai fungsi sumbu dispersi.
Meskipun diasumsikan bahwa sumbu spasial adalah sepanjang baris atau
kolom, bentangan spektrum tidak akan tepat tegak lurus sumbu spasial. Di
luar ketidaktepatan orientasi bingkai citra dengan posisi slit, ada beberapa
hal yang mempengaruhi ketidaktepatan tersebut :
a. Distorsi optik kamera yang membuat spektrum tampak melengkung.
Makin panjang bentangan spektrum, makin buruk efek distorsi ini.
b. Dudukan grating tidak tepat persegi.
c. Refraksi atmosfer diferensial menyebabkan ujung biru spektrum bergeser
makin dekat ke arah zenit sepanjang slit daripada ujung merah spektrum.
• Menjumlahkan spektrum di dalam daerah ekstrasi dan mengurangkan
latar belakang. Pada setiap titik sepanjang sumbu dispersi, data di dalam
daerah ekstrasi akan dijumlahkan dan data di daerah latar belakang akan
dikurangkan.
Ekstrasi ini dilakukan dengan menggunakan task apsum di dalam IRAF. Untuk
citra lampu pembanding, task ini dijalankan dengan referensi citra obyek (apsum
reference = 'citra obyek').
IV.2. 2. 2 Kalibrasi Panjang Gelombang
Kalibrasi panjang gelombang adalah langkah untuk membuat spektrum 1 dimensi
tadi ke dalam skala panjang gelombang dari sebelumnya dalam skala piksel.
Langkah-langkah kalibrasi panjang gelombang adalah sebagai berikut :
• Identifikasi panjang gelombang citra pembanding. Ini dilakukan dengan
bantuan atlas spektrum. Dengan task identify, garis-garis emisi pada
bingkai citra pembanding ditentukan/dimasukkan dan IRAF kemudian akan
mencari persamaan dispersinya.
• Pengubahan satuan dari skala piksel ke skala panjang gelombang pada
citra obyek. Sekali persamaan dispersi dari citra pembanding diketahui,
maka dapat digunakan untuk menentukan skala panjang gelombang dari
obyek. IRAF melakukan ini dengan task refspectra referen =
'obyek pembanding'.
• Penentuan skala panjang gelombang. Dengan menggunakan persamaan
dispersi tadi, spektrum obyek dapat diletakkan dalam skala panjang
gelombang yang linear. IRAF melakukannya dengan task dispcor.
Gambar IV. 6. Hasil identifikasi panjang gelombang lampu pembanding pada
sudut kisi 350°
IV. 2. 2. 3. Kalibrasi Fluks
Kalibrasi fluks adalah langkah untuk mendapatkan fluks sebenarnya dari bintang
program.. IRAF memiliki basis data fluks bintang-bintang standar spektroskopi.
Oleh sebab itu, bintang standar yang dipilih sebisa mungkin ada dalam basis data
IRAF. Langkah pertama dalam proses kalibrasi fluks ini adalah mendaftarkan
data-data yang dipakai dalam kalibrasi. Data-data tersebut adalah:
• data massa udara pengamatan (untuk masing-masing titik data)
• data bintang standar yang ada dalam basis data IRAF (dalam hal ini HR
7950)
• data pengamatan bintang standar dengan panjang gelombang yang sudah
terkalibrasi
• data koefisien ekstingsi lokal.
Dengan menggunakan task standard, IRAF akan membuat file text yang berisi
data fluks yang sudah terkalibrasi berdasarkan masukan-masukan di atas. File teks
ini akan dipakai sebagai masukan dalam task sensfunc untuk memperoleh fungsi
sensitivitas.
Gambar IV. 7. Empat diagram yang menggambarkan (searah jarum jam): (i)
ekstingsi vs panjang gelombang, (ii) spektrum dengan fluks yamg
sudah terkalibrasi vs panjang gelombang, (iii) sensitivitas vs
panjang gelombang, (iv) residu sensitivitas vs panjang
gelombang.
IV. 2. 2. 4. Normalisasi
Normalisasi dilakukan dengan membagi seluruh data fluks terkalibrasi dengan
fluks pada λ = 5500 A, yaitu panjang gelombang pusat filter V, sehingga fluks
ternormalisasi berharga 1 pada λ = 5500 A.
IV. 3
Penentuan kelas spektrum
Dengan menggunakan data yang diperoleh Rodriguez, dkk (1995), dicoba
ditelusur fase-fase hasil pengamatan, dengan rumus sebagai berikut:
fase =
JD (hel.) ! t0
P
dengan JD(hel.) adalah waktu maksima terakhir menurut Rodriguez dalam hari
Julian, t0 adalah hari Julian pengamatan dan P adalah periode menurut
Rodriguez (P = 0,14701558 hari).
Penentuan kelas spektrum dilakukan secara semi-visual menggunakan library
dari Jacoby dan Hunter (1984). Library ini menghimpun hasil spektrofotometri
161 bintang dari kelas spektrum O – M dan kelas luminositas V, III, dan I.
Spektrograf yang dipakai menggunakan kisi 600 garis/mm dengan rentang
panjang gelombang dari 3510 hingga 7427 Å.
Data yang ada di dalam library kemudian dinormalisasi pada λ = 5500 Å seperti
yang dilakukan pada data pengamatan. Disesuaikan dengan rentang panjang
gelombang yang dapat dicakup oleh bingkai citra pengamatan, rentang panjang
gelombang dari data library kemudian dicrop. Penentuan kelas spektrum
kemudian dilakukan dengan membandingkan spektrum library ternormalisasi
dengan spektrum pengamatan ternormalisasi.
Tabel 5 menyenaraikan perubahan kelas spektrum terhadap waktu yang
dinyatakan dalam JD. Gambar 12 hingga 20, memperlihatkan proses penentuan
kelas spektrum tersebut. Tampak bahwa pengamatan spektroskopi menggunakan
BCS di Observatorium Bosscha mampu mendeteksi adanya perubahan kelas
spektrum. Dari pengamatan ini dideteksi adanya perubahan kelas spektrum dari
A5V hingga A0V.
Tabel IV. 2. Hasil penentuan kelas spektrum. Fase = 0 adalah saat maksima
JD
fase
kelas spektrum
2454015,68412037
0.93761927
A5,5V
2454015,69736111
0.02768524
A2V
2454015,71234954
0.12963929
A2V
2454015,72924769
0.24458362
A3V
2454015,74429298
0.34693132
A6,5V
2454015,76039352
0.45644336
A5V
2454015,77501157
0.55587807
A6V
2454015,79170139
0.66940529
A2V
2454015,80656250
0.77049332
A2V
Gambar IV. 7. Penentuan kelas spektrum pada JD = 2454015,68412037 dan fase
= 0.93761927.
Gambar IV. 8. Penentuan kelas spektrum pada JD = 2454015,69736111 dan fase
= 0.02768524.
Gambar IV. 9. Penentuan kelas spektrum pada JD = 2454015,71234954 dan fase
= 0.12963929.
Gambar IV. 10. Penentuan kelas spektrum pada JD = 2454015,72924769 dan fase
= 0.24458362.
Gambar IV. 11. Penentuan kelas spektrum pada JD = 2454015,74429298 dan fase
= 0.34693132.
Gambar IV. 12.. Penentuan kelas spektrum pada JD = 2454015,76039352 dan fase
= 0.45644336.
Gambar IV. 13. Penentuan kelas spektrum pada JD = 2454015,77501157 dan fase
= 0.55587807.
Gambar IV. 14. Penentuan kelas spektrum pada JD = 2454015,79170139 dan
fase = 0.66940529.
Gambar IV. 15. Penentuan kelas spektrum pada JD = 2454015,80656250 dan fase
= 0.77049332.