Cette étude démontre qu’il est possible de détecter et d’étudier le champ magnétique d’une étoile avec une lunette de 0.072m, un polarimètre conçu à partir de lunettes 3D de cinéma et un spectrographe fabriqué en impression 3D. La cible choisie est α2 CVn, une étoile de type Ap (chimiquement particulière) largement étudiée pour son champ magnétique et sa variabilité.
Afin d’obtenir une couverture complète en fonction de la phase, 10 nuits d’observations ont été nécessaires. Le spectrographe Star’Ex équipé d’un réseau de 2400 traits/mm et d’une fente de 10µm couplé à une lunette de 72mm f/6 délivre des spectres d’une résolution moyenne de 25000. Nous allons nous appuyer sur l’effet Zeeman et calculer les profils de Stokes I et V sur la raie Hα pour extraire l’information qui nous intéresse.
Abstract *This study demonstrates that it is possible to detect and study the magnetic fields of a star with a 0.072m refractor, a polarimeter designed from 3D cinema glasses and a spectrograph produced in 3D printing. The chosen target is α2 CVn, an Ap-type star (chemically peculiar) widely studied for its magnetic field and its variability. In order to obtain a complete coverage according to the phase, 10 nights of observations were necessary. The Star'Ex spectrograph equipped with a grating of 2400 lines per mm and a slit of 10µm coupled to a 72mm f/6 refractor delivers spectra with an average resolution of $\approx$ 25000. We will rely on the Zeeman effect and calculate the Stokes I and V profiles on the Hα line to extract the information that interests us.
English version on Shelyak website :* https://www.shelyak.com/spectropolarimetry-or-how-to-observe-the-magnetic-field-of-a-star-with-a-72mm-telescope-and-a-3d-printed-spectrograph/?lang=en
**Keywords : spectropolarimetry - line: profiles - polarization - stars: activity - stars: magnetic fields, stars: chemically peculiar - stars: individual: α2 CVn
En novembre 2018, je sortais très impressionné d’une conférence donnée par Christian Buil aux rencontres du Ciel et de l’Espace. Cette conférence était intitulée “Spectrographie : les nouveaux horizons”. J’y apprenais, en autre, que la spectropolarimétrie était en passe de devenir accessible aux amateurs et permettait de mesurer et de cartographier le champ magnétique des étoiles. Domaine d’investigation fascinant… mais qui me semblait à l’époque bien loin de mes possibilités !
Depuis, les années ont passé et le formidable spectrographe Star’Ex fabriqué avec une imprimante 3D a fait son apparition, permettant de faire des spectres haute résolution de très bonne qualité. En parallèle le champ des possibles avec le projet Sol’Ex (pendant Solaire du Star’Ex) a évolué et il est désormais possible de produire des magnétogrammes à l’aide d’un polarimètre fabriqué à partir de lunettes 3D de cinéma.
Je me suis dit qu’il serait formidable d’adapter ce petit polarimètre pour les étoiles et d’essayer de détecter la polarisation de l’étoile brillante α2 CVn (Cor Caroli) située à environ 110 années-lumière de nous. Il s’agit de la première étoile classée avec le type “Ap”, chimiquement particulière, qui a fait l’objet de beaucoup d’études à propos de sa variabilité et de son champ magnétique.
L’expérience en soi n’est pas nouvelle, C. Buil détaille toute la procédure ici. Le challenge pour moi a été de confirmer la détection avec une configuration matérielle modeste, accessible à tous : une lunette SkyWatcher 72mm sur monture HEQ5 associée au spectrographe Star’Ex.
La mesure du champ magnétique d’une étoile est rendue possible grâce à l’effet Zeeman. Cet effet quantique montre qu’au sein d’un spectre, certaines raies “magneto-sensibles” vont se diviser en plusieurs composantes en présence d’un champ magnétique. Ces composantes sont polarisées de manière circulaire pour le champ longitudinal (dans l’axe de visée) et de manière linéaire (perpendiculairement à l’axe de visée) pour le champ transversal. La sensibilité de la raie au champ magnétique est définie par le facteur de Landé $g$ compris entre 0 et 3. Pour mieux se représenter le phénomène voici une petite video de l’ESO proposant une représentation visuelle de l’effet Zeeman : https://www.youtube.com/watch?v=SRTP-Obia0w
Le polarimètre construit pour le Sol’Ex nous permet d’isoler la polarisation circulaire gauche (-45°) et droite (+45°). Il nous permet donc de mesurer le champ magnétique longitudinal.
Animation polarisation circulaire gauche puis droite mettant en évidence l’effet Zeeman au passage de la tache solaire AR 3004. Légèrement à droite du centre : Raie du Fe I 6173 A. Sol’Ex + Lunette SW72ED f/6
Les deux filtres “gauche” et “droite” du polarimètre fabriqué avec des lunettes 3D cinéma. Chaque “verre” (plastique) est constitué d'une lame polarisante et d'une lame quart d'onde à -45° ou + 45° suivant l'oeil.
Infographie d’une portion du spectre solaire simulant l’effet Zeeman au passage d’une tache solaire sur une raie du Fer. On constate que la raie se déforme sous l’effet du champ magnétique. Pour donner un ordre de grandeur la déformation est d’environ 0.05 Angstroms pour un champ longitudinal de 1000 Gauss.
Stratégie d’observation : Les acquisitions sont réalisées par séquence dans un ordre précis. Notez que le temps de pose (1h47 par nuit) est assez conséquent pour une cible de magnitude 2.81. En cause le polarimètre “fait maison” qui entraine une perte de flux ($\approx$40% de flux en moins) non négligeable et le petit diamètre de l’instrument (Lunette SW72ED f/6).
$I_L(\lambda)$ 2 x 800s (polarisation gauche)
$I_R(\lambda)$ 2 x 800s (polarisation droite)