Forum der Vereinigung der Sternfreunde

Hallo,

nach längerer Pause habe ich gestern Abend NGC7331 spektrometriert. Als Instrument nutzte mein Setup mit 14" Hypergraph, LISA 300l/mm, ST10, und ich belichtete 15min Einzelaufnahmen, wovon ich dann 10 Stück SigmaClip-kombinierte.

Als Quick&Dirty Kalibration nutzte ich zuerst Vega, und als ich dann bemerkte, wie sehr doch die Ha-Linie im Galaxienspektrum danaben lag, führte ich mittels eine Neo-Lampe eine umfangreiche Kalibration durch. Der Polynomfit lieferte ein RMS von 0.01nm, das sieht also soweit sehr gut aus.

Wo ist nun die Auffälligkeit?

Die Ha-Linie zeigt auch das Referenzspektrum im NED, d.h. ich suche nichts, was nicht auch da ist (hoffe ich zumindest). Die zwei Ausschnitte zeigen den Bereich der Ha-Linie, mit abgebildet sind die Ne-Linien.

Die Ha-Linie liegt hier im Spektrum bei etwa 660nm, ist also rotverschoben. Auch das ist korrekt, jedoch ist die Verschiebung zu groß.

NGC7331, optisches Spektrum, Nucleus - gleicher Wellenlängenbereich wie NED Spektralprofil


NED - NGC7331, optisches Spektrum, Nucleus


Ha-Bereich - Blau dargestellt sind die Neon-Kalibrationslinien, das NGC7331 Spektrum ist das magenta-farbene Profil


Ha-Bereich, mit Fit - Zentrum bei 660.342nm, max. Flux bei 660.326nm


Der Fit liefert für die Ha-Linie ein Zentrum von 660.342nm, dies weicht also um 4.06nm von der Ruhenwellenlänge 656.285nm ab.

Daraus ergibt sich eine Radialgeschwindigkeit von 1853km/s, der Literaturwert liegt bei 881km/s. Zur Info - die baryzentrische Korrektur ist <10km/s.
Mich wundert jetzt die - im Vergleich zu meinen anderen Messungen - doch enorme Abweichung.
Hat jemand eine Idee, woran es liegen könnte?

Schöne Grüsse,
Michael

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14"-Hypergraph, Spektrographen: Dados & LISA

Noch als Nachtrag ...


Es sieht so aus, als wenn die Datenbearbeitung - genau im fraglichen Ha-Bereich hier "Fluss wegnimmt". Der Ausschnitt zeigt die zwei Profile - einmal oben das FIT-Image und unten das horizontal angepasste Bild - der Drehwinkel war 0.46°.




Und hier noch ein Blick auf das rohe Spektrum selbst - der Ha-Bereich mit der "hellen Linie" ist markiert

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Hey Michael,

ein paar Ideen hätte ich

Kann es beim "Flussproblem" einfach sein, dass im Hintergrund, den Du abziehst auch Fluss ist? Eventuell dadurch, dass aufgrund eines Nachführfehlers das Spektrum in y verschmiert wurde?


Hinsichtlich der Kalibration, weißt Du ob Du Temperaturshift Probleme hast? Ist das Gerät direkt gekoppelt? Gibt es mechanische Verbiegungen?
Hast Du eine Kalibrationslampenaufnahme vorher und nachher gemacht, um eventuell schon mal einen Anhaltspunkt für Drift zu bekommen?

Hast Du die O2/H2O Banden aus der Atmosphäre in den Daten als Referenz? Sind die schwachen Linien im Hintergrund vom Airglow bzw. Lichtverschmutzung? Könnte man die zur Überprüfung der Kalibration nutzen?

Viele Grüße
Christoph

Hallo Christoph

Vielen Dank für deine Hinweise, also, dann will ich mal antworten...

Hintergrund —— Das ist bisher auch mein Ansatz, man sieht (so meint man), dass links neben der vermeintlichen Ha Linie etwas zu viel abgezogen wird. Ich nutze aber das Binning Verfahren von BASS, das Ober- und unterhalb der Profils mit Hintergrundbereiche subtrahiert, das hat bisher immer geklappt

Nachführfehler —— schließe ich aus, das Log zeigt, dass alles gut lief, Max. Fehler 1“

Temperatur oder mechanisches Shifting —— Ich habe mit einer Vega- Aufnahmen vor der NGC7331, und dann mit einer Neonlampenkalibration kalibriert, auch habe ich heute Morgen nochmals mit der Lampe gemessen, alles passt, auf 0.05nm genau, und das ist mit dem 300 er Gitter ok, so war ich es auch bisher gewohnt. Lisa hängt direkt am Auszug, der sehr stabil ausgeführt ist.

Atoms. Linien —— Diese habe ich auch gemessen. Die sind da, wo sie sein sollen.


Was ich heute noch gemacht habe, sorry, noch ohne Bilder als Beleg, ich habe die schwache Hbeta Linie vermessen. Diese ist weniger prominent, aber hier messe ich ca. 1000 km/s, liege also deutlich näher am Literaturwert als mit der helleren Ha Linie.

Dein erster Tipp ist, so glaube ich, eine heisse Spur. Es scheint so, als wenn die Kamera, oder besser der Chip, ggf. eine verringerte Empfindlichkeit haben, oder aber durch das Dark oder Bias bei Vorverarbeitung ein Offset an dieser Position hinzukam, der dann einen Teil der Linie verschluckt.

so das Wetter und meine Zeit mitspielt, mache ich weitere NGC7331 Spektren, wobei ich den Galaxienkern an einer anderen Stelle des Spaltes positionieren werde.

Nochmals danke für deine Hilfestellung!

Schöne Gruesse
Michael

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Hello Michael,

Attached is a professional spectrum of the nucleus (dat file, normalised) to overlay on your spectrum (found in NED).
https://ui.adsabs.harvard.edu/#abs/1995ApJS...98..477H
The H alpha line is in the expected position (RV~900km/s). The rotation velocity of ngc7331 is +-250km/s but this is still not enough to explain your result. Maybe the slit was on an H alpha region with a high velocity. A jet perhaps?

Cheers
Robin

Hallo Michael,
man sollte in jedem Fall in kurzen Abständen Kalibrationsspektren aufnehmen, etwa zu Beginn der Beobachtung und dann mindestens jede Stunde. Da Lisa ein eingebautes Kalibrationsmodul hat, ist das doch kein Problem. Ich habe mal auf Anregung von Thomas Eversberg untersucht, wie sich das Spektrum in Abhängigkeit von der Neigung des Lhires verändert. Die Auswirkung war stärker, als ich gedacht habe. Die Ergebnisse müssten hier noch irgendwo zu finden sein. Hast Du versucht die tellurischen Linien zur Kalibration heranzuziehen? Ich weis nicht, ob das bei einem 300ter Gitter überhaupt möglich ist.
Im übrigen kann eine Rotation des Spektrums erhebliche Verzerrungen mit sich bringen. Du solltest es mal mit einer Software probieren, die ohne Rotation auskommt.
Viele Grüße
Christian

Hello Michael,

OK I took a spectrum of NGC7331 last night and I can see the cause of the problem. The H alpha emission line is only obvious in the outer parts of the galaxy. In the core, H alpha emission is broad and there is H alpha absorption (from stars) in the centre. The H alpha emission is seen as two wings each side of the absorption. You have measured the red emission wing at ~1800km/s. If you measure the absorption line you will get the expected radial velocity ~800km/s.
Here is my spectrum image and spectrum profile of the core with H alpha marked

Cheers
Robin

Here is my spectrum for comparison (fits profile)

Robin

Note that the NEDS spectrum is in rest wavelength.
If you shift your spectrum 800km/s (17.5A) to the blue, I think you will find your spectrum will agree well and there is nothing wrong with your calibration.

Robin

Hello Christian, There is in fact no problem with Michael's calibration as I have shown here. (A ~20A calibration error would be very severe)

Fortunately The LISA does not have the same stability problems that the LHIRES has. David Boyd has measured the long term stability of the LISA at <20km/s
http://www.spectro-aras.com/forum/viewt ... 3257#p3261
He uses it for RV measurements of binary star systems.

Cheers
Robin

Hello / Hallo,

first, a quick remark in English - Robin, thanks for your helpful hints. As you stated, I am quite sure that the calibration is ok. Also, thanks for the article, which I haven't known, and which will work as a fantastic source for further projects. What is absolutely great is that the amplitude in the profiles can be used for source brightness comparisons.

And the detail of your spctrum is key - the Ha-Absorption could exceed the Ha-emission in the centre. And, this is approved by the fact, that I have positioned the slit 90° to the major axis of the galaxy. So, my core/bulge spectrum is - more or less - free from disc light, and so free from Ha-emission

Again - thanks!

Danke auch Dir Christian für deine Tipps, ich habe intensiv getestet und wiederholt kalibriert. Und ich habe dafür Kalibrationssprekten genutzt, die ich vor und nach den Aufnahmen gemacht habe, den Tipp habe ich aus dem Forum gerne aufgenommen. Deine Anregung auch zwischen den Aufnahmen zu kalibrieren ist sinnvoll, jedoch ginge damit wertvolle Beobachtungszeit verloren, und ich würde sagen, eben weil mein Setup recht zeitstabil ist, und die Auflösung meiner Spektren gering ist, daher sollte mir die vorher/nacher Kalibrationen reichen. Ich muss einmal überlegen, vielleicht kann ich diese Zwischenkalibration ja auch automatisieren. Wobei es bei technischen Abschaltproblemen der Neon-Lampe dann die Spektrumsaufnahme dann runiniert wäre.

Aber nun zu meinen weitern Messungen - ich habe dazu das Spektrum im Bereich der Magnesium-Linie, der Eisen-Linie und der Natrium-Linien untersucht. Diese drei Absorptionslinien sind typisch für Galaxienkerne, da die Bulge-Population durch das Licht alter Sterne (vgl. Aldebaran) dominiert wird.

HIer das Spektralprofil des untersuchten Bereichs - zu den zweu Profile aus der obigen Analyse habe ich ein weiteres Profil dargestellt, das ich durch Stacking gewonnen habe, aber mti einer einfachen Redktion, ohne Darks/Flats, weil ich hier EInflüsse vermutet habe, die es abetr nicht gab.



Und hier die Details der Linienbereiche und dazu auch der Fit an die Linie.

Natrium-Linienbereich:



Magensium- und Eisen-Linienbereich:





Die Auswertung der Linie benutzt die gemessene Zentralwellenlänge der Linie und ich ermittle die Rotverschiebung für die Einzellinine, und kombiniere diese, so es ein Blending ist, wie bei Magnesium und Natrium.


Natrium-Linien - Fit-Centre: 590.935nm
(Vergleich Ruhewellenlänge)
589.00nm -- +1.935nm liefert mit baryz.Korrektur 977km/s
589.59nm -- +1.345nm liefert mit baryz.Korrektur 675km/s
Mittelwert Natrium-Blend liefert 830km/s (-5.4% Literaturwert)


Magnesium Linien - Fit-Centre: 518.357nm
(Vergleich Ruhewellenlänge)
516.73nm -- +1.627nm liefert mit baryz.Korrektur 937km/s
517.27nm -- +1.087nm liefert mit baryz.Korrektur 627km/s
Mittelwert Magnesium-Blend liefert 780km/s (-11.4% Literaturwert)


Eisen-Linie - Fit-Centre: 528.398nm
(Vergleich Ruhewellenlänge)
527.04nm -- +1.358nm liefert mit baryz.Korrektur 766km/s (-12.3% Literaturwert)


Die am besten definierte Linie des Natrium liefert auch den besten Messwert von 830km/s, der nur knapp 5% vom Literaturwert von 881km/s für die Fluchtgeschwindigkeit von NGC7331 abweicht. Alle Messungen liegen also dort, wo man sie auch vermutet, und wie ich es auch von meinem Setup gewohnt bin.

Die festgestellt Abweichung der Ha-Linie ist wohl damit zu erklären, was Robin beschrieben hat - die Ha-Absorption ist im Bulge so hoch, dass die Linie unterdrückt wird, man sieht also vielleicht nur die [NII] Linienemission. Das passt auch gut zu der Tatsache, dass ich den Spalt senkrecht zu Hauptachse von NGC7331 gelegt habe. ichhabe also hauptsächlich Bulge-Licht, ohne Scheibenlicht spektrometriert. Ich werde einmal versuchen, wie das Spektrum sich verändert, wenn man den Spalt um 90° dreht. Es wäre dann zu erwarten, dass schwache Ha-Beiträge abseits vom Bulge erscheinen, wie sie auf Robins Spektrum angedeutet sind.

Schöne Grüsse,
Michael

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Die Schlussfolgerung, dass die Ha-Absorption im Bulge dominiert, kann man auch mit meinen Spektren nachweisen. Wenn man genau hinschaut, erkennt man im Bereich der Ha-Linie, etwas unterhalb der hellen Spektralstreifens, eine angedeutete Emissionslinie. Deren Lage habe ich im Spektrum mit dem blauen Strich markiert, ihr erkennt sie oberhalb des Strichs, und unterhalb der hellen Spektralstreifens.



Ich habe die Binning-Region entsprechend so verändert, dass im Spektrum - es ist dies das grüne Profil - der Bereich gezeigt wird, in der diese schwache Emissionslinie liegt.

Spektralprofil des Bulge-Offsets, grüne Linie:


Fit an das Spektralprofil des Bulge-Offsets:



Die Messung liefert:

Ha - Offset-Bulge Emissionslinie:
Fit - 658.205nm
(Vergleich Ruhewellenlänge)
656.285nm -- +1.920nm liefert mit baryz.Korrektur 870km/s (-1.2% vom Literaturwert)



Bewertet man jetzt mit dieser Erkenntnis die obige erste Messung neu, nämlich als [NII]-Linie, die rotverschoben wurde, so erhält man:

[NII] - Bulge Emissionslinie:
Fit - 660.342nm
(Vergleich Ruhewellenlänge)
658.40nm -- +1.942nm liefert mit baryz.Korrektur 877km/s (-0.4% vom Literaturwert)


Am Ende löst sich alles in Wohlgefallen auf. Die Ha-Linie wurde also "wiedergefunden". Sie lag aber nicht dort, wo ich sie zuerst vermutet habe - im Kern der Galaxie - sondern zeigt sich erst außerhalb als schwache Ha-Emission. Alle Messungen passen gut zu den nun richtig zugeordneten Linien und bestätigen nicht nur den Literaturwert der Fluchtgeschwindigkeit sondern haben auch einen interessante Aspekt aufgezeigt, der die Spektroskopie von Galaxienkernen angeht.


Spektralprofil des Bulge und des Bulge-Offsets:



Schöne Grüsse,
Michael

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Hello Michael,

You could also try using the full spectrum to measure the RV using cross correlation. Christian Buil shows this here using Aldebaran as a template.
http://www.astrosurf.com/buil/redshift/demo.htm
(bottom of the page)

Cheers
Robin

Hello Robin,

Yes, this is a valid approach. I have used this method before for M31, Bit I found that the AR errors are quite high. Using a set of prominent lines looked more promising for me -also I do not work with ISIS.tool, so it would cost more time.

Best wishes
Michael

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Hallo,

ich habe noch einen Fehler festgestellt - ich habe als Literaturwert der Fluchtgeschwindigkeit noch den Wert 881km/s benutzt. Dieser ist nicht mehr aktuell, in NED findet man 816km/s (H0 = 73 km/sec/Mpc).

Um nicht die oberen Postings zu verändern, füge ich eine Tabelle mit allen Messwerte ein. Diese Tabelle nutze ich für die Auswertung meiner Spektren, die Spaltenüberschriften enthalten u.a die baryz. Korrektur und eben den aktuellen Literaturwert. An der Aussage zu dem Bulge / Offset ändert diese Korrektur nichts.





Schöne Grüsse,
Michael

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Hallo Michael,
was ist NED?
Christian

Hallo Christian,

NED steht für den NASA Extragalactic Catalog - ein Webportal ... https://ned.ipac.caltech.edu/ , das Dir zu extragalaktischen Objekte alle Informationen zusammengestellt anzeigt.
Es entspricht in etwa Simbad, aber bzgl. Spektren fin deich die NED Daten umfangreicher. Die zwei Portal verweisen übrigens direkt auf ihre wechselseitigen Inhalte.

Einfach einmal versuchen ... https://ned.ipac.caltech.edu/

Und für NGC7331 lautet der Aufruf ... https://ned.ipac.caltech.edu/?q=byname& ... f=pre_text

Schöne Grüsse,
Michael

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