Observation du 26/06/2016,

CSO 1061,

Un des objets certainement les plus faibles accessibles avec du matériel amateur en spectroscopie ;  sa magnitude est de 16.38 soit un peu moins de 10 millions de fois moins lumineux que Véga m=0. C'est la raie Lyman alpha avec son fort flux qui permet d'identifier et de réaliser les mesures sur le spectre. En imagerie seulement 1 photon sur 2 arrive sur le detecteur CCD, en spectroscopie c'est pire seulement 10% des photons arriveront sur le capteur CCD.

Le quasar CSO1061 se trouve dans la constellation du Bouvier.

bouvier

Voici une photo du ciel profond dans le champ du quasar : image Simbad - SDSS

cso1061_champ

 

Le quasar est au milieu, sous la croix bleu. Pour infos l'étoile blanche juste en dessous à une magnitude de 12.55 et par exemple la petite galaxie a 10 heures du quasar a une magnitude de 17.1 ; c'est très très faible.

 

Dans le document ci-dessous, le tableau présente les raies d'émission des quasars et leur flux relatifs associés.

source : http://www.astrosurf.com/buil/quasar.htm

Sans titre-1

 

 

Voici un spectre synthétique de quasar compilé par P. J. Francis & all. (Ap J., 373, 465-470, 1991)  ou les longueurs d'ondes sont au repos. Ce sont ces raies qui permettront d'identifier les quasars et de calculer leurs redshift en fonction du décalage dans le rouge. Toutes ces raies seront alors décalées vers la droite, vers les grandes longueurs d'ondes, en fonction de la vitesse et de la distance des objets.

qso3

 

 

Pour rappel voici les niveaux d'energie et émission de l'atome d'hydrogène. La raie Lyman alpha est simplement un electron qui redescend de niveau ; de l'obrite n°2 (niveau d'energie 2) il redescend vers l'orbite n°1 (niveau d'energie 1) en redonnant un photon Lyman alpha. Cette transition se fait dans l'ultraviolet mais le decalage, le redshift (z) fait quelle apparait ici dans notre quasar CSO1061 dans le spectre visible. De 1215A elle apparait a 4449.5A

C'est d'ailleurs pour cette raison que les caméras des telescopes spaciaux qui étudient les objets très lointains ont des caméras infrarouge, pour justement attraper cette raie dans l'infrarouge. Par exemple à redshift de 10 cette raie est présente à 1215 x (1+10) = 13365 A.

Niveaux d'énergie et émission de lumière par l'atome H :

atome-h-emission-absorption

 

Voici le spectre du quasar CSO1061 obtenu (4 poses de 900 secondes) :

CSO1061

 

L'esssentiel du continuum est du bruit de fond, seule apparait d'une façon nette la raie à 4449.5 A.

C'est la raie Lyman alpha, qui au repos est à 1215 A.(voir graph au dessus). Bingo !

Le calcul du redshift est alors assez simple : 

z = (lambda mesurée - lambda repos) / lambda repos

z = (4449.5 - 1215) / 1215

z = 2.6621

 

Calcul de la vitesse relativiste :

Vr = c x [((z+1)^2 - 1) / ((z+1)^2 + 1)]

Vr = 299792.458 x [((2.6621+1)^2 - 1) / ((2.6621 +1)^2 + 1)]

Vr = 299792.458 x (13.41097 / 14.41097)

Vr = 278 989.38 km/s

 

Ce qui fait 93% de la vitesse de la lumière !!!...

 

Pour le calcul de la distance du quasar en tenant compte de différents paramètres cosmologiques on trouve 11.24 milliards d'années.... pour rappel l'Univers a un âge estimé à 13.7 milliards d'années.

Les photons sont donc partis lorsque l'Univers était agé de 2.4 milliards d'années...

http://www.astro.ucla.edu/~wright/CosmoCalc.html

cso1061

 

Pour comprendre sa distance, prenons la galaxie d'Andromède. Elle est a 2.53 millions d'années-lumières. Pour arriver à ce quasar il faudrait faire 4445 cette distance....

Plus curieux encore, du fais de l'expansion un photon émis au temps t1 par ce quasar sera reçu 11.24 milliards d'années plus tard, quand sa distance du fait de l'expansion sera de 20 milliards d'année-lumières (valeurs correspondant au temps de voyage de la lumière : source documetaire : Astronomie et astrophysiques d'Agnès Acker).

Pour un photon Lyman alpha a 1215Å observé a 4449.5Å, le facteur d'étirement est égal à (4449.5 / 1215) = 3.662139
Donc le facteur d’échelle au moment de l'émission était de :
a(t) = 1/3.662139 
a(t) = 0.27306

Ce qui veut dire que depuis que les photons sont partis il y a 11.24 milliards d'années, l'univers a grandi de 72.7 %.