Traque d’une galaxie perdue

Formation animateurs-août 2023
17 juin 2023
Embarquement immediat
28 juillet 2023
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Traque d’une galaxie perdue

La traque d’une galaxie sans nom, perdue à 7 milliards d’années-lumière

Jean-Pierre Bonnefoy – juillet 2023

On conçoit qu’observer une galaxie « ordinaire », par exemple comme M83 située à 15 millions d’a.l., est une chose… mais qu’en revanche détecter les signes d’une galaxie située à 7 milliards d’années-lumière en est une tout autre ! Il s’agit d’une sorte de traque très spéciale, et d’un protocole d’observation bien adapté au second cas. Une traque comme un défi, car je ne sais même pas si cette hypothétique galaxie va daigner apparaître sur l’écran de mon ordinateur. Le chasseur revient souvent bredouille…

Dans le premier cas, ordinaire (!), la traque n’a pas de sens. Trouver M83 n’est pas un exploit. Je cherche surtout à avoir une « belle » image, d’une galaxie bien référencée, laquelle montrera de jolis détails dans ses bras galactiques et quelques couleurs révélées par des traitements judicieux.

Dans le second cas, peu importe la galaxie, mon objectif est uniquement de voir si quelques photons laissent la trace d’une galaxie perdue ayant une seule caractéristique : être bien identifiée comme se trouvant à une distance « qui change tout », par exemple environ 7 milliards d’années-lumière.

Dans cette traque, je détaille le protocole particulier que j’ai utilisé pour « voir », en noir et blanc, la galaxie SDSSJ141429.07-030658.1 qui se révèlera être à 7,08 milliards d’années-lumière. Vitesse de fuite par rapport au groupe local : 123 979 km/s. J’insiste bien, je n’ai pas cherché à capturer spécifiquement cette galaxie. Simplement, il se trouve que celle-ci est l’une des galaxies répondant à la question :
« Est-ce que je peux détecter quelques signes d’une galaxie située à 7 milliards d’années-lumière ? »

Compte tenu des moyens dont je dispose, instruments et traitements, je me doutais bien que j’allais apercevoir un signe. Mais avec cette image je suis très satisfait. Et à vrai dire, je n’en espérais pas tant !

La traque, ou le protocole…

1) Choix de l’observatoire et du télescope

Le 5 juillet à La Rochelle 2023, le Chili s’impose comme lieu d’observation en raison de la qualité du ciel.
Je pense programmer à distance par Internet le télescope T72 de l’observatoire Deep Sky Chile qui est un PlaneWave CDK20 de 510 mm du réseau international https://www.itelescope.net/
C’est un télescope un peu plus puissant que mon PlaneWave CDK17 de 432 mm de Tahiti et en plus il est porté par une excellente monture L-500 direct drive si performante que tout autoguidage est inutile.

                                                                                                                      Chili                                                                                                             Tahiti

                    

2) Date et heure de l’observation

Arrivé à ce stade, je ne sais toujours pas quelle galaxie je vais observer, la traque commence.
L’objectif immédiat est de résoudre deux contraintes :

  • Trouver date et heure d’observation en fonction du ciel du Chili, date et heure qui seraient…
  • …compatibles avec une réservation possible pour ce télescope T72 dans le réseau https://www.itelescope.net/

Après quelques essais le 5 juillet, je constate :

  • Qu’une observation le 8 juillet entre 22h et 23h est possible, La Lune n’est pas présente,
  • Que pour le moment le télescope T72 n’a pas été réservé, il est libre à ces date et heure.

Le ciel de l’observatoire Deep Sky Chile le 8 juillet 2023 à 22h 30

Le ciel de Deep Sky Chile simulé par STELLARIUM

Le ciel de Deep Sky Chile observé avec une caméra à 180°

3) Définir la zone d’observation au Chili, dans laquelle se trouvera la galaxie à observer

Lieu, date et heure d’observation étant déterminés, il est possible maintenant de définir la zone du ciel la plus favorable pour observer une galaxie. Observer pas trop loin du zénith est une bonne idée.

Comme il y a des galaxies lointaines partout dans le ciel où que l’on regarde, j’étais parti avec l’espoir que j’aurais bien dans la zone d’observation au moins une galaxie située à 7 milliards d’années-lumière. En fait, trop de galaxies ont répondu aux critères et pour éviter l’encombrement des données et restreindre la taille du tableau proposé par HyperLeda, je n’ai pris qu’une toute petite partie vers le nord/ouest de la zone initialement prévue, où a priori moins d’objets proches pourraient perturber l’observation en raison de leur luminosité importante (tout est relatif) par rapport à celle d’une galaxie lointaine.

La zone d’observation réduite Deep Sky Chile le 8 juillet 2023 à 22h30 heure locale

4) Pourquoi avoir fait le choix de 7 milliards d’années-lumière pour la distance de la galaxie ?

En 2018, je possédais un télescope C11 (Celestron de 280 mm) sur une monture SkyWatcher AZ EQ6 et je prenais des images avec une caméra ZWO ASI071 couleur à 16 Mp. Je m’étais posé une question simple :
à Tahiti où le ciel peut être très bon quand il n’y a pas de nuages (SQM > 21), jusqu’à quelle magnitude peut-on encore apercevoir une galaxie du ciel profond ?

Je donne la réponse dans ma conférence « Fascinant ciel profond » du 5 septembre 2019 organisée par l’association Proscience à l’Université de la Polynésie française. (vidéo).
Dans cette vidéo, à partir de 1 heure 20, j’utilise les bases de données du CRAL – Le Centre de Recherche en Astrophysique de Lyon qui compile quantité de données sur des milliers de galaxies – pour déterminer la magnitude d’une galaxie se trouvant à une distance que l’on peut choisir dans la base de données.

Je dispose d’une image grand champ acquise avec mon C11 équipé d’un HyperStar faisant passer son ouverture f/D de 10 à 2 ! entraînant une augmentation considérable du champ. Voici cette image qui représente donc une vue très grand champ de l’Amas de galaxies du Fourneau.

En utilisant PixInsight, qui permet d’annoter les objets d’une image (pour peu que l’on connaisse précisément dans un catalogue connu (NGC) la référence d’au moins l’un des objets de l’image, par exemple la grande galaxie NGC1365 en bas à gauche), on dénombre 481 galaxies dans cette image !

J’ai pensé, et je ne me suis pas trompé, qu’il devait bien y en avoir une très éloignée et dont la magnitude très élevée permettrait d’apporter une réponse à la question.

D’un côté, j’avais donc PixInsight me donnant les références de toutes les galaxies contenues dans cette image et de l’autre, je disposais donc des bases de données du CRAL me donnant, entre autres caractéristiques, le redshift des galaxies.
Il suffisait de trouver la bonne formule permettant de faire la « jonction » entre le redshift et la distance.
La formule ci-dessous est valable pour le modèle cosmologique dit «ΛCDM »

Le modèle ΛCDM se fonde sur trois hypothèses :

  • l’Univers est homogène et isotrope à grande échelle,
  • la gravitation est décrite par la relativité générale d’Einstein à toutes les échelles,
  • le contenu en matière de l’Univers est donné par la matière noire froide (CDM), les baryons et le rayonnement.

Il n’est pas surprenant de constater que le passage du redshift, qui traduit l’expansion de l’univers, à la distance dépende du modèle cosmologique utilisé.

Dans le modèle cosmologique ΛCDM, le lien entre redshift et distance est donné par la relation :

modz = 5 log (DL) +25

  • où DL = est la distance en Méga Parsec = 10^((modz-25)/5)
  • où modz est le redshift donné sur le site HyperLeda du CRAL / ΛCDM

J’ai obtenu cette relation modz/DL en contactant le CRAL   https://leda.univ-lyon1.fr/

Voici une copie d’écran d’une partie des données délivrées par le site HyperLeda du CRAL pour une galaxie donnée, ici la galaxie PGC2801085.

Copie d’écran de https://leda.univ-lyon1.fr/ledacat.cgi?PGC2801085&ob=ra

Flèches rouges : référence de la galaxie dans le catalogue PGC
Flèches roses    : image localisant la galaxie. Peut être agrandie plein écran avec différents champs
Flèches bleues  : redshift modz, dans ΛCDM, ici modz = 40,81
Flèches vertes   : VLG, vitesse d’expansion de l’univers où est localisée la galaxie, ici 87 467 km/s
Flèches orange : magnitude totale, ici 18,85 qui constitue la réponse à la question de 2019

J’ai déterminé les distances de quelques galaxies de l’image de l’Amas du Fourneau en me fixant comme objectif d’en trouver une supérieure à 4,56 milliards d’années-lumière tout simplement parce que 4,56 milliards d’années est précisément l’âge du système solaire et de la Terre. C’est une étape intéressante !
J’ai fini par trouver dans cette image la galaxie PGC2801085, ce sont justement ses caractéristiques qui apparaissent dans le tableau HyperLeda précédent. Avec la relation modz/DL …
…un redshift modz égal à 40,81 donne une distance DL de 4,73 milliards d’années-lumière.
L’image de cette galaxie, obtenue après différents traitements, est dans le cercle vert à droite.

5) Quelles sont les galaxies « visibles » dans la zone d’observation définie pour le 8 juillet ?

Au Chili le 8 juillet, entre 22h15 et 22h55 j’ai donc choisi une zone d’observation du ciel définie par les intervalles de coordonnées suivants, c’est une zone très réduite obtenue par approximations successives.
Pour l’Ascension Droite (AD) : de 14h à 15h
Pour la Déclinaison (Déc)      : de -4° à -2°

Les bases de données du CRAL sont donc publiques. https://leda.univ-lyon1.fr/
Et on vient de voir que l’on y trouve ainsi de nombreux paramètres caractéristiques des galaxies comme :
type, magnitude, coordonnées J2000, vitesse de fuite, etc. On a vu que l’on y trouvait aussi le redshift modz qui m’intéresse surtout parce qu’il permet de calculer les distances en fonction d’un modèle cosmologique donné comme ΛCDM.

Mais ce qui est très intéressant, c’est que l’on peut aussi écrire des requêtes SQL (langage informatique connu servant à exploiter, manipuler, etc. des bases de données) permettant d’affiner les recherches.
Justement, les contraintes sur les coordonnées AD et Déc ci-dessus peuvent être écrites en SQL en

ajoutant un intervalle de valeur possible autour d’un redshift correspondant à 7 milliards d’années-lumière. Cette requête, c’est une sorte de ligne de programme effectuée par HyperLeda.

Ma requête SQL :

de2000>-4 and de2000<-2 and al2000>14 and al2000<15 and modz>41.6 and modz<41.7

Pourquoi 7 ? Parce qu’il faut bien préciser un intervalle pour le redshift et que l’augmentation de distance de 4,73 à 7 milliards années-lumière me semble assez important sans être excessif. Car arrivé à cette étape, je ne sais toujours pas si je vais réussir à obtenir une image avec le télescope T72 (qui n’est toujours pas programmé !) pour une galaxie située à une telle distance… la traque continue…

Avec la requête SQL précédente, HyperLeda délivre un tableau de données pour 45 galaxies ayant chacune un tableau d’une page de caractéristiques. C’est bien trop long à intégrer dans ce dossier !

Toutes ces galaxies seront donc observables avec le télescope T72 de l’observatoire Deep Sky Chile du réseau https://www.itelescope.net/ le 8 juillet 2023 entre 21h30 et 22h30.

Dans la base de données HyperLeda toutes les galaxies répondent aux critères :

  • Pour l’ascension droite AD : de 14h à 15h
  • Pour la déclinaison Déc : de -4° à -2°
  • Pour le redshift modz : de 41,6 à 41,7 soit de 6,8 à 7,13 milliards d’années-lumière

En réalité ma requête SQL …
de2000>-4 and de2000<-2 and al2000>14 and al2000<15 and modz>41.6 and modz<41.7
… résulte d’essais successifs, car en prenant une zone d’observation trop grande le site HyperLeda allait jusqu’à délivrer l’équivalent de plus de 500 tableaux pour 500 galaxies ! J’ai donc petit à petit réduit les intervalles des coordonnées afin d’avoir un nombre de tableaux raisonnable, 45 avec la requête ci-dessus.
Mais en procédant ainsi, j’ai fini par m’éloigner du zénith. Par ailleurs, je n’ai évidemment quand même pas examiné la totalité des 45 tableaux de galaxies ! Recherche constante de compromis.

Pour choisir une galaxie, j’ai simplement consulté « en diagonale » ces 45 tableaux afin de trouver une galaxie possédant dans son environnement immédiat une configuration d’étoiles remarquables qui permettra de la localiser à coup sûr dans l’image obtenue avec le télescope T72.

Une galaxie qui pourrait être observée pourrait être celle-ci  :  SDSSJ141429.07-030658.1
Car en entrant sa référence dans HyperLeda pour obtenir son image, on trouve l’écran suivant :  (https://leda.univ-lyon1.fr/ledacat.cgi?SDSSJ141429.07-030658.1&ob=ra)

Flèches rouges : référence de la galaxie dans le catalogue SDSS : SDSSJ141429.07-030658.1
Flèches roses  : image localisant la galaxie. Peut être heureusement agrandie plein écran
Flèches bleues : redshift modz, dans ΛCDM, ici 41,68 soit 7,08 milliards d’années-lumière

 

L’image plein écran donnée par HyperLeda montre…

  • pour cette galaxie de référence SDSSJ141429.07-030658.1
  • et pour le champ du télescope T72 26,93 minutes x 21,53 minutes
  • et pour le champ de l’image ci-dessous 29,06 minutes

Copie d’écran de https://leda.univ-lyon1.fr/ledacat.cgi?pgc2801085&ob=ra

… que la configuration d’étoiles autour de la croix violette localisant la galaxie SDSSJ141429.07-030658.1 est remarquable. On doit pouvoir la trouver facilement dans l’image qui sera acquise avec le télescope.

Conclusion :
la galaxie SDSSJ141429.07-030658.1
sera bien la galaxie qui devrait pouvoir être observée le 8 juillet 2023 au Chili avec T72

Dans le tableau des « plus de 45 galaxies » on trouve :

ses coordonnées dans le système J2000

  • al2000 :  14.241411
  • de2000 : -3.1161857
  • le VLG : 123979
  • le modz : 41.684

Ces coordonnées sont transformées en (heures, degrés, minutes) et (degrés, minutes, secondes) avec https://tool-online.com/conversion-angle.php ce qui donne :

  • al = 14.241411 14 h 14 m 29.079600 s
  • de = -3.1161857 -03 ° 06 ‘ 58.268520 ‘‘

Son redshift est modz = 41.684  soit    7,08 milliards d’a.l.
Sa vitesse de fuite est de = 123 979 km/s
(*) vitesse de fuite apparente = VLG vitesse d’expansion de l’univers par rapport au groupe local ( 60 galaxies : Les Nuages de Magellan, les galaxies d’Andromède, du Triangle, de Barnard, du Sculpteur, etc.)

Cet extrait est un « tout petit extrait ! » du tableau global pour les 45 galaxies répondant à mes critères :

SDSSJ141429.07-030658.1

LabelValue
objnameSDSSJ141429.07-030658.1
pgc3405490
objtypeG
al195014.1981634
de1950-2.8834872
al200014.241411
de2000-3.1161857
l2339.6750881
b253.7240611
sgl125.1804077
sgb18.1763888
f_astrom0
logd25-0.144
e_logd250.882
logr250.068
e_logr250.1
brief25.532
e_brief2.286
ut21.442
e_ut0.859
bt21.39
e_bt0.361
it18.578
e_it0.06
vopt124071
e_vopt49.5
v124071
e_v49.5
ag0.299
incl31.74
a2l0.02
itc18.447
bri2524.408
vlg123979
vgsr124034
vvir124161
v3k124329
modz41.684
e_modz0.009
modbest41.684
e_modbest0.009

6) Enregistrement d’un « plan » d’observation dans le réseau https://www.itelescope.net/

Maintenant que je connais les coordonnées de la galaxie à observer, je vais pouvoir programmer le télescope T72 du Chili… en espérant que le créneau d’observation du 8 juillet n’a pas été utilisé par une autre personne pendant que je faisais toute cette préparation…

Mais ce n’est pas fini, car avant toute observation le réseau impose de définir un « plan » d’observation, qui n’est rien d’autre qu’une compilation des réglages du télescope pour l’objet observé indépendamment de la date et de l’heure de l’observation, et le plan doit bien évidemment contenir les coordonnées de l’objet à observer.

Ce plan est essentiellement constitué :

  • Du nom du plan ————->SDSS02
  • Du choix du télescope,——–> T72 – l’observatoire Deep Sky Chile
  • Des coordonnées de l’objet —> 14 : 14 :29.08 – pour RA  et -03 : 06 :53.27 – pour Déc
  • Du choix des filtres utilisés,- —>Luminance – ici un seul filtre, en noir et blanc
  • Et pour chaque filtre,
      • Du nombre d’images à acquérir –> 3
      • Du temps de pose ————–>600 s : soit 10 minutes
      • Du binning du capteur ———-> b1       : résolution maximale du capteur
  • Et d’autres paramètres, comme le format des images, etc.

Une fois le plan enregistré, la date et l’heure sont ensuite programmables, quand on veut, pour une réservation définitive.
Voici une copie d’écran de la programmation du plan SDSS02 avant la réservation.

7) Réservation d’une observation dans https://www.itelescope.net/

Les deux flèches bleues montrent tout en bas sur la copie d’écran que « la place est libre ! »

Ici, la réservation programmée du plan « SDSS02 » pour le 8 juillet de 22h10 à 22h55, soit 45 minutes

Réservation effectuée avec « bonn » pour bonnefoy. On voit qu’après moi, une autre personne a réservé le même télescope T72 pour un créneau horaire précédant le mien de 5 minutes ! : 20h 20 – 22h 50…


Confirmation que ma réservation a bien été enregistrée

Il n’y a plus rien à faire, le télescope commencera automatiquement les acquisitions des images aux heures indiquées, conformément au plan sélectionné SDSS02.txt

Mais on peut aussi consulter le bon déroulement des opérations en direct le jour « J » et à l’heure « h » en observant les « RUN » montrant toutes les opérations effectuées par le télescope T72 lors des acquisitions des images. Voir en fin de la partie 8) Acquisition des images

 

8) Acquisition des images

Le 8 juillet, dans le créneau 22h10 22h55 heure du Chili, on voit que « bonnefoy » utilise le T72

 

La copie d’écran ci-dessous montre, avec les flèches bleues, l’acquisition en cours des images.
A cet instant, il est exactement 22h 30 au Chili.

 

Observation des « RUN » en direct lors des acquisitions images

Cette copie d’écran à 22h :11 :50 montre le démarrage des acquisitions


Copie d’écran des acquisitions des images 600 s 1/3 et 2/3 flèches rouges

9) Images acquises de la galaxie SDSSJ141429.07-030658.1

Après l’acquisition des images, j’ai téléchargé 2,1 Go de données en provenance de Deep Sky Chile.
La partie importante de ces données est constituée des 3 images de 63,3 Mo prises avec une caméra monochrome, un filtre luminance, un binning 1, avec pour chacune 10 minutes de pose.

Ces images sont au format « fit » ou « FITS » ou Flexible Image Transport System, format contenant des métadonnées communément utilisées en astrophysique, servant au stockage, à la transmission, et au traitement des images scientifiques et également d’autres disciplines.

Les paramètres ci-dessous sont ceux du télescope T72.

On voit qu’il utilise une caméra haut de gamme refroidie à moins 20°C et que le champ couvert est de 26,93’ x 21,5’, que le diamètre apparent de la Lune, de 31’ 36’’ en moyenne, n’entre pas complètement dans ce champ… on voit également qu’une heure d’observation me coûte 149 $US.

Voici ci-dessous, à gauche, l’image brute 1/3 …

calibrated-T72-bonnefoy-Galaxie-20230708-221153-Luminance-BIN1-_-600-001.fit
… telle qu’elle apparaît sur l’écran de mon ordinateur. Elle peut sembler décevante…

… mais pas du tout ! En la comparant avec l’image ci-dessous présentée sur HyperLeda pour la galaxie en question avec un champ de 21,98 minutes proche de l’image acquise, on reconnaît le groupement de 3 étoiles, l’étoile principale et aussi le petit groupe de 2 étoiles en haut à gauche. Copie d’écran HyperLeda

Quelques informations sur les traitements utilisés avec des procédures du logiciel PixInsight

1) Empilement des 3 images brutes ———————> .fit ———-> 63,3 Mo
2) Image empilée codée sur 16 bits ———————->.fit ———->31,8 Mo
3) Extraction du gradient
4) Deux étirements d’histogramme successifs ————>.fit 31,8 Mo
5) Réduction dans un champ réduit autour de la galaxie —>.fit 5,9 Mo
6) Filtrage et réduction du bruit par ondelettes ————>.fit 602 ko
7) Filtrage par morphologie 3xclosing (érosion, dilatation) –>.fit 602 ko
Traitement simplifié et étant donné la taille de l’image passage au format .png
8) Etirement d’histogramme supplémentaire
9) Filtrage par morphologie 3xclosing (érosion, dilatation) –>.png 93 ko
10) Filtrage et réduction du bruit par ondelettes ———–>.png 135 ko
11) Images finales et comparaison avec l’image d’HyperLeda

Copie d’écran du logiciel PixInsigt :

  • A gauche après l’étape 3) Extraction du gradient
  • Au centre après l’étape 4) Deux étirements d’histogramme successifs
    Au centre de cette image, la traque de la galaxie continue !
  • A droite, les deux étirements d’histogramme

Il est bien évident que si ces 11 étapes donnent l’impression d’une suite très structurée, c’est surtout vrai de 1) à 5), car ça ne l’est pas pour la suite qui ne montre pas les multiples essais/erreurs par lesquels tout astrophotographe passe nécessairement, moi le premier, arrivé à un certain stade de traitement. Sans compter que chacune des procédures, comme 6) et 7) et plus, nécessite de faire des choix de valeurs, pas toujours évidents, pour bon nombre de paramètres de ces procédures. Donc, ce que l’on voit là avec ces 11 étapes comme une sorte de « plan de produit fini » m’a demandé bien plus de travail qu’il n’y paraît.

Image finale obtenue


Galaxie capturée ! La traque est terminée
!

Galaxie SDSSJ141429.07-030658.1
7,08 milliards d’années-lumière

Redshift = 41,684 – Vitesse de fuite par rapport au groupe local = 123 979 km/s
Coordonnées Ra = 14h 14m 29.08s Déc = -03° 06’ 53.27’’
8 juillet 2023 Deep Sky Chile – CDK20 510mm – 3 poses de 10 minutes en luminance – Divers traitements

 

 

 


L’Univers observable

L’univers observable précise à quelle distance les objets les plus éloignés se trouvent en ce moment même, à ne pas confonde avec la distance à laquelle ils étaient au moment où ils ont émis la lumière que nous recevons d’eux, seulement maintenant.

Cette dernière lumière, évidemment très vieille, émise par les objets les plus anciens, nous devons la « voir » comme témoin d’une image du passé.
Elle a obligatoirement été émise après le début de la période du Big-Bang (je préfère dire « période » plutôt qu’origine ou naissance, termes qui à mon avis relèvent plus du fantasme que du sérieux scientifique) donc il y a moins de 13,8 milliards-d’années.

Bref, quand je reçois la lumière d’une galaxie qui l’a émise il y a 7 milliards d’années-lumière, cette galaxie a eu tout le temps de s’éloigner de nous en raison de l’expansion de l’univers dont on sait précisément dans les modèles cosmologiques, comme le Lambada-CDM, que sa vitesse d’expansion est très largement supérieure à la vitesse de la lumière, d’un facteur 3,4 fois a priori.

Donc, cette galaxie, que je vois sur mon écran d’ordinateur, se trouve aujourd’hui probablement à 14 ou 18 milliards d’années-lumière, puisque le rayon de l’univers observable est estimé à 46 milliards d’années-lumière.
La vitesse de l’expansion de l’univers n’a rien à voir avec la vitesse de la lumière.
Attention, loi de Hubble, près de nous dans notre Voie Lactée et même à côté, il n’y a pas d’expansion… mais aux confins de l’univers l’expansion est vertigineuse ! Très supérieure à la vitesse de la lumière.

La perception des couleurs


La perception des couleurs


Il semble que la perception des couleurs, sensation si naturelle, reste pour beaucoup très mystérieuse.

On modélise la lumière comme formée d’ondes monochromatiques avec son intensité, un point c’est tout.
Par exemple : celles, fondamentales, du spectre solaire, avec un peu d’infrarouges et d’ultraviolets de part et d’autre (pensez à l’arc-en-ciel).

Seules les longueurs d’ondes existent réellement, ou les fréquences, avec leurs amplitudes mais pas la sensation de couleur.
Qu’il s’agisse des objets ordinaires nous entourant, des images télés, de la photo du dernier bébé, ou des nébuleuses et des galaxies du ciel profond, c’est pareil : ce sont toujours des ondes monochromatiques qui sont émises et qui, avec une certaine intensité, entrent dans un oeil, passent dans l’objectif d’un smartphone, ou tombent sur le miroir d’un télescope.

Derrière notre rétine, des millions de cellules biologiques (les cônes) câblées en trois types de récepteurs bien adaptés à ces ondes (celles autour du rouge, du vert et du bleu) combinent leurs différents aspects monochromatiques et produisent dans notre cerveau la sensation de couleurs suivant un « algorithme » que l’on appelle « synthèse additive des couleurs ».
Les couleurs n’existent pas en tant que telles. Elles n'apparaissent qu'au au niveau de la perception neurophysiologique que nous en avons avec nos trois types de cônes.

Pour le télescope c’est pareil.
Toutes les ondes monochromatiques arrivent sur le capteur de la caméra, lequel n’est sensible qu’à l’intensité lumineuse. A ce niveau il n’y a pas de couleur.
Il est intéressant de noter que tous les appareils photos numériques, tous les smartphones, etc. ne voient que l’intensité lumineuse des ondes monochromatiques mais jamais des couleurs.

Pour reconstituer celles-ci (en ce qui concerne les appareils photos et les smartphones) devant les capteurs de ces derniers est toujours placée une sorte de grille ultrafine recopiant la géométrie des pixels
du capteur. Cette grille est en fait formée de trois types de minuscules filtres, rouge, vert, bleu, lesquels avec l’électronique de l’appareil reconstituent le câblage des 3 types de cônes de notre rétine afin de
reproduire la sensation de couleur propre à l’espèce humaine.
Certaines espèces animales ne voient pas de couleurs (dauphins), d’autres en voient que nous pouvons percevoir (pigeons), etc.

Donc, dans le cas de l’astrophotographie, soit on utilise une caméra dite « couleur » possédant alors cette sorte de (grille/ 3 types de filtres) devant le capteur, soit on utilise une caméra monochrome sans la grille (plus performante) mais équipée d’une batterie de filtres extérieurs pour effectuer avec trois types de filtres rouge, vert et bleu une synthèse additive identique à celle que l’homme possède.
C’est toujours la même chose, dans nos yeux/cerveaux, dans nos smartphones capteurs/électronique, ou dans nos télescopes caméras/informatique : les différentes intensités lumineuses autour du rouge, du vert et du bleu, obtenues pas trois types de cellules ou filtres, combinent trois intensités lumineuses suivant la synthèse additive propre à l’espèce humaine.
Ainsi, on jurerait que nos smartphones et nos télescopes « voient » les mêmes couleurs que nous !

Questions / Réponses

La traque d’une galaxie


Question : Pourquoi acquiers tu une image de luminance (pas besoin de filtre ?)?
Réponse
En toute logique, il n'y a pas besoin de filtre, mais dans la roue à filtres du télescope, on doit toujours avoir la même épaisseur de verre quel que soit L R G B H O S etc. , afin que la mise au point ne soit pas (trop) modifiée. Donc pour L qui ne sert qu'à une transmission homogène.

Question : Quelles sont tes fonctions d’étalement d’histogramme? Et pourquoi 2 ?
Réponse
Pas de fonction bien définie, mais au visuel, en adaptatif 😊

Pour les non spécialistes, voici une explication plus facile :
En luminance, c'est comme ne pas mettre de filtre entre le télescope et le capteur de la caméra.
Mais alors quand il y a un vrai filtre, son épaisseur modifie la mise au point. Donc pour éviter cette différence de propagation, on met un filtre dit "luminance" qui ne sert à rien, sauf à avoir la même propagation et donc qui ne modifie pas la mise au point sur les images 😊


Question : Si les données du CRAL sont exactes, comment se fait-il que l’on puisse observer des galaxies à 18 milliards d’années lumières en sachant que l’univers lui-même est plus jeune ? Est-ce à dire que sous certaines conditions la vitesse de la lumière peut être plus rapide ou qu’elle puisse prendre des « raccourcis » ?
Réponse :
Cette interrogation semble prendre sa source dans ce que l’on appelle l’univers observable, qui précise à quelle distance les objets les plus éloignés se trouvent en ce moment même, à ne pas confonde avec la distance à laquelle ils étaient au moment où ils ont émis la lumière que nous recevons d’eux seulement maintenant.
Cette dernière lumière, évidemment très vieille, émise par les objets les plus anciens que nous devons « voir » comme témoin d’une image du passé. Elle a obligatoirement été émise après le début de la période du Big-Bang (je préfère dire « période » plutôt qu’origine ou naissance, termes qui à mon avis relèvent plus du fantasme que du sérieux scientifique) donc il y a moins de 13,8 milliards d’années. Bref, quand je reçois la lumière d’une galaxie qui l’a émise il y a 7 milliards d’années-lumière, cette galaxie a eu tout le temps de s’éloigner de nous en raison de l’expansion de l’univers dont on sait précisément dans les modèles cosmologiques comme le Lambada-CDM que sa vitesse d’expansion est très largement supérieure à la vitesse de la lumière, d’un facteur 3,4 fois a priori. Donc, cette galaxie que je vois sur mon écran d’ordinateur se trouve aujourd’hui probablement à 14 ou 18 milliards d’années-lumière, puisque le rayon de l’univers observable est estimé à 46 milliards d’années-lumière.
La vitesse de l’expansion de l’univers n’a rien à voir avec la vitesse de la lumière.
Attention (loi de Hubble), près de nous, dans notre Voie Lactée et même à côté, il n’y a pas d’expansion… mais aux confins de l’univers l’expansion est vertigineuse, très supérieure à la vitesse de la lumière !


Question : "Comment passe-t-on des images monochromes au images polychromes ?"
Réponse :
Il semble que la perception des couleurs, sensation si naturelle, reste pour beaucoup très mystérieuse.
On modélise la lumière comme formée d’ondes monochromatiques avec son intensité, un point c’est tout.
Par exemple, celles fondamentales du spectre solaire, avec un peu d’infrarouges et d’ultraviolets de part et d’autre (penser à l’arc-en-ciel).
Seules les longueurs d’ondes existent réellement, ou leurs fréquences, avec leurs amplitudes, mais pas la sensation de couleur.
Qu’il s’agisse des objets ordinaires nous entourant, des images télés, de la photo du dernier bébé, ou des nébuleuses et des galaxies du ciel profond, c’est pareil, ce sont toujours des ondes monochromatiques qui sont émises et qui, avec une certaine intensité, entrent dans un oeil, passent dans l’objectif d’un smartphone, ou tombent sur le miroir d’un télescope.
Derrière notre rétine, des millions de cellules biologiques (les cônes) câblées en trois types de récepteurs bien adaptés à ces ondes (celles autour du rouge, du vert et du bleu) combinent leurs différents aspects monochromatiques et produisent dans notre cerveau la sensation de couleurs suivant un « algorithme » que l’on appelle « synthèse additive des couleurs ». Les couleurs n’existent pas, seulement au niveau de la perception neurophysiologique que nous en avons avec nos trois types de cônes.
Pour le télescope c’est pareil. Toutes les ondes monochromatiques arrivent sur le capteur de la caméra, lequel n’est sensible qu’à l’intensité lumineuse. A ce niveau il n’y a pas de couleur. Il est intéressant de noter que tous les appareils photos numériques, tous les smartphones, etc. ne voient que l’intensité lumineuse des ondes monochromatiques mais jamais des couleurs.
Pour reconstituer celles-ci (en ce qui concerne les appareils photos et les smartphones) devant les capteurs de ces derniers est toujours placée une sorte de grille ultrafine recopiant la géométrie des pixels du capteur. Cette grille est en fait formée de trois types de minuscules filtres, rouge, vert, bleu, lesquels, grâce à l’électronique de l’appareil, reconstituent le câblage des 3 types de cônes de notre rétine afin de reproduire la sensation de couleur propre à l’espèce humaine. Certaines espèces animales ne voient pas de couleurs (dauphins), d’autres en voient que nous pouvons percevoir (pigeons), etc.
Donc, dans le cas de l’astrophotographie, soit on utilise une caméra dite « couleur » possédant alors cette sorte de grille (3 types de filtres) devant le capteur, soit on utilise une caméra monochrome sans la grille (plus performante) mais équipée d’une batterie de filtres extérieurs pour effectuer avec trois types de filtres rouge, vert et bleu une synthèse additive identique à celle que l’homme possède. C’est toujours la même chose, dans nos yeux/cerveaux, dans nos smartphones capteurs/électronique, ou dans nos télescopes caméras/informatique, les différentes intensités lumineuses autour du rouge, du vert et du bleu, obtenues pas trois types de cellules ou filtres, combinent trois intensités lumineuses suivant la synthèse additive propre à l’espèce humaine. Ainsi, on jurerait que nos smartphones et nos télescopes « voient » les mêmes couleurs que nous !

Il y a 7 filtres dans la pièce marquée QHYCFW3. Chacun de ces filtres laisse passer un domaine de longueurs d'ondes provenant d'un objet. Dans le PC, un logiciel combine les longueurs d'ondes émises par une nébuleuse ou une galaxie pour reproduire les couleurs.

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