Hoagův objekt

V roce 1950 objevil Artur Allen Hoag podivný objekt, který dnes nese jeho jméno a nejen to, podařilo se mu objevit nejlepší exemplář velmi zajímavé skupiny objektů: prstencových galaxií. Jde o nevelkou skupinu extragalaktických objektů, které, alespoň částečně, obepíná prstenci podobná struktura.

Hoagův objekt na wikipedii.

V astronomických kuloárech koluje velké množství legend o vzniku prstencových galaxií. Někteří například tvrdí, že Hoagův objekt vznikl centrální srážkou eliptické galaxie (na obrázku z HST je vidět uprostřed) a spirální z níž jsou vidět částečně ramena. Jenže jaká je pravděpodobnost takovéhle srážky? A navíc ve směru k nám? Odpověď by mohla podat pozorování, které by naznačili co je vlastně v oblasti mezi... Jiná historka mluví o namotání (akrecí) jedné galaxie na druhou.... což by se snad dalo zjistit analýzou vzájemných rychlostí...


Nechme spekulací a pojďme si vychutnat krásu této přírodní hříčky. O existenci tohoto útvaru vím mnoho let a dokonce jsem v Brně podnikl se 60cm dalekohledem několik pokusů o jeho zachycení. Něco se, po mnoha hodinách expozice nad ozářeným centrem města, ze šumu přece jen vylouplo.

Ovšem pravou nirvánu jsem zažil teprve během květnového vyškovského novoluní. Už první hrubé snímky z kamery jasně ukazovaly prstencovou strukturu a byly tak mnohem lepší než mnoho hodin v Brně(!) Přispěly k tomu mimořádně průhledné noci a samozřejmě hlavně cca 50x (!) temnější obloha.


Snímek je sice relativně zašumělý, avšak byla to jen taková malá zkouška. Pokud si se snímky chcete pohrát a dostat třeba něco lepšího, pak můžete zkusit následující postup.


Získání snímků

Snímky Hoagova objektu jsou k dispozici tady:

ftp://integral.physics.muni.cz/pub/praktikum/20120523/


jako hoag_Green_*.fits společně se 120 sekundovými darky:

dark_005?.fits dark_008?.fits dark_009?.fits.

Flaty jsou v adresáři předchozí noci:

ftp://integral.physics.muni.cz/pub/praktikum/20120522/



Zpracování pomocí Munipacku:


Stáhněte si nějakou nejnovější versi - 0.5.3 a víc (s 0.5.2 je to pasé), pro vaši oblíbenou GNU/Linuxovou distribuci

ftp://integral.physics.muni.cz/pub/munipack/


případně si vyrobte baličky sami:

http://code.google.com/p/munipack/


Vytvoření průměrného dark-frame

$ munipack mdark -o d120.fits  dark_005?.fits dark_008?.fits dark_009?.fits

Korekce vědeckých snímků o dark-frame

$ munipack dark d120.fits hoag_Green_00*.fits


(Není to úplně dokonalé. Na čipu je několik horkých pixelů, jejichž hodnota se příliš změnila během noci a nepodařilo se je dostatečně korigovat. Horké pixely od kterých můžeme vidět čáru dolů jsou saturované přes 65 tisíc a fotometrická informace je tak ztracena. Přemýšlím jak to odstranit. V každém případě je nutné dělat dark-framy před i po expozici a ve velkém množství.)

Průměrný dark-frame pro flat-field

$ munipack mdark -o d10.fits  dark_XXX.fits


Průměrný flat-field

$ munipack mflat -o f.fits  flat_Green_00*.fits


Korekce vědeckých snímků o flat-field

$ munipack flat f.fits hoag_Green_00*.fits

Vědecký snímek po korekci (original ⤴).

Fotometrie

$ munipack photometry -f 3 hoag_Green_00*.fits

FWHM je nastavené na 3. Hvězdy jsou pořádně rozplizlé. Samotná fotometrie nás ted nezajímá, ale jejím vedlejším produktem je nalezení hvězd na snímku.

Vypsání referenčních hvězd z katalogu

$ munipack cone -c UCAC3 -o hoagcat.fits  -s "f.mag" -r 0.15 229.31 21.585

Data jsou získány z UCAC3 katalogu prostřednictvím Virtuální Observatoře.

Astrometrie

$ munipack astrometry --verbose -c hoagcat.fits --key-alpha RAJ2000 --key-delta DEJ2000   -W  hoag_Green_00*.fits

Tohle chvilku potrvá. Čas na čaj.

Složení snímků

$ munipack kombine -o hoag.fits --angle 0   hoag*.fits

Úhel nula stupňů otočí pole tak, aby byla vodorovná osa podél rektascenze a podobně pro deklinaci. Snímky jsou bohužel úplně otočené protože jsme ostřili otáčením kamery.

Jako výsledek by jsme měli dostat pěkný snímek podobný tomu co jsem dostal já.

Poděkování patří Jarce, která měla gigantický teleskop pod kontrolou.

Výsledný snímek (original ⤴)

Falešné oko mediánu

Jen tak pro srovnání jsem odečetl profil galaxie prostým mediánem. Medián obrázku funguje tak, že pro každý pixel na snímku vezme předem daný počet pixelů v okolí a udělá z nich medián. Výsledek pak uloží do nového snímku. Vlastností mediánu je, že potlačuje hodně odchýlené body. Pro snímky to znamená to, že pokud je někde na snímku ostrý vrchol (hvězda nebo centrum galaxie), tak jej do obrzáku nezahrne. Na výsledném obrázku se pak objeví pouze velké struktury jako velké galaxie, změny pozadí obrázku. Další zajímavá věc, která se dá s mediánem uělat, je odečíst ho od původního snímku. Případně jím snímek podělit. V obou případech se tak zdůrazní bodové objekty. Ideálně se tak hodí na odečtení nerovnoměrného pozadí obrázku. Nebo taky odečtení profilu galaxie.

Příklad otečtení mediánu z 5x5 pixelů je tady:
Ja vidět, galaxie se docela dobře eliminovala, pozadí je rovnoměrné, hvězdy nejsou rozmazané, avšak v centru galaxie se objevili nové struktury, ktere jsou zhruba stejně dobře viditelné jako samotný jet.

Na výřezu jsou vidět podrobnosti:

Pro porovnání ještě detail jasné hvězdy s křížem:
Zjevně jsou zajímavé struktury ve hvězdě falešné a vznikly při konstrukci mediánu. Je vidět, že jednak je potřeba při jeho aplikování být velmi na pozoru, aby jsme neobejvili "kanály na Marsu" a dále pak, že pečlivá aplikace King-Kongových metrod dává podstatně lepší výsledky v kritických místech.

NGC 4486 - King Kong = Jety

Napadlo nás zkusit zrekonstruovat obraz galaxie. Měli jsme k dispozici snímek NGC 4486 (MtBoo, foto FH + KB), nafitovanou strukturu galaxie elipsami a z nich určený radiálním profil.

V první části obrázku je původní snímek galaxie, v druhé pak její model. Ten je uměle vytvořen na základě proložení vhodné funkce profilem jasnosti galaxie, který jsme získali ze stanovených elips. Po úspěšném fitování profilu se model zpětně převede do 2D, kdy je vygenerován snímek galaxie podle náležité funkce a eliptické struktury.


Na dalších dvou obrázcích jsou rozdíly takto vytvořeného modelu a původního snímku. První model odpovídá fitování součtu dvou analytických funkcí (Hubblův zákon a modifikovaný Hubblův zákon) na profil galaxie. Druhý pak byl vytvořen na základě teoretického Kingova modelu (King, 1966), který obecně dobře odpovídá profilům mnohých eliptických galaxií a kulových hvězdokup. Jeho průběh je odvozen z fyzikální podstaty vázaného systému. Z modelů je dále možné určit některé charakteristiky galaxie, např. její celkovou hmotnost nebo radiální průběh hustoty hmoty.



Po odečtení modelů nám na snímcích zbyl jet jasně vystupující z centra galaxie. Právě pro mapování a další zkoumání podobných nestandardních struktur v galaxiích může uvedená metoda rekonstrukce galaxie a následné odečtení od originálu sloužit.

Když jsme získali jet, je možná zajimavé se podívat, jak vypadá jeho plošné rozložení jasu. Na obrázku vlevo je přiblížené okolí centra galaxie na snímku, který vznikl odečtením Kingova modelu. Na pravé straně je přibližný model rozmazaného jetu vypočítaný z fitování elips na oblast s jetem. Nejedná se ale o příliš přesný model, protože objekt nevykazuje čistě eliptickou strukturu a fitovaná oblast je dost malá, cca 12x12 pixelů. Přibližné informace jako je sklon a šířka jetu z něj však získat můžeme.

Na následujícím obrázku je ještě pro zajímavost uveden 3D profil původního jetu a jeho okolí na odečteném snímku.

Na zdokonalení uvedených výsledků se po nocích stále intezivně pracuje.

Obrázky ve větším rozlišení: NGC4486, model King, rozdíl King, rozdíl Hubble.

Ushas & Janis