Tidsserieobservationer av kortperiodiska variabler

Studier av variabler, metoder och fotometri.
Post Reply
Hans Bengtsson
Posts: 5566
Joined: 2011-03-04 18:19:54
spamtest: JA

Tidsserieobservationer av kortperiodiska variabler

Post by Hans Bengtsson »

Detta med AK Tri kan ju bli hur intressant och spännande som helst!

På BRNO-sidan som Thomas K ovan länkar till …

http://var.astro.cz/ocgate/ocgate.php?s ... it&lang=en

… ser vi ett O-C-diagram för AK Tri som visar att de två senaste minima som tidsbestämts båda har inträffat något för sent i förhållande till de angivna elementen.

O-C-diagram är ett klassiskt sätt att illustrera periodförändringar hos variabler. O är den observerade tiden, C är den kalkylerade tiden enligt elementen. Om O-C är positivt innebär det att medelperioden varit längre än vad som ges i elementen, detta räknat från utgångsminimet (eller utgångsmaximet ifall det inte handlar om förmörkelsevariabler).

Det bästa sättet att lära sig tolka O-C-diagram (vilket är en hel konst i sig själv om man ska gå djupare in!) är nog att ägna en stund åt att fundera på hur diagrammet kommer att yttra sig i olika fall. Här är själva grundprinciperna:

* Om perioden varit helt konstant och är helt korrekt i elementen så kommer diagrammet att visa ett helt horisontellt streck vid O-C = 0.

* Om perioden varit helt konstant men är längre än vad som ges i elementen så kommer diagrammet att visa ett helt rakt streck som pekar snett uppåt höger.

* Om perioden varit helt konstant men kortare än vad som ges i elementen så kommer diagrammet att visa ett helt rakt streck som pekar snett neråt höger.

• Om perioden varierat kommer O-C-diagrammet att visa en kurva som ibland är mer eller mindre sinusformad, ibland innehåller plötsliga hopp.

Det finns dock saker att se upp med när det gäller tolkning av O-C-diagram, inte minst det som Hoffmeister kallade tärningseffekten. Även slumpmässiga periodvariationer (experiment kan göras om man kastar tärning en väldig massa gånger!) kan misstolkas som till synes systematiska periodvariationer. Om den första O-C-bestämningen slumpmässigt råkar vara positiv, så finns det nästa gång två chanser av tre att även den andra bestämningen ger positivt eller neutralt O-C-värde, vilket resulterar i att O-C-kurvan fortsatt ligger på positivt värde. Med andra ord så tenderar en O-C-kurva som börjat stiga att fortsätta vara stigande även om periodvariationerna har varit slumpmässiga. På analogt sätt tenderar en O-C-kurva som börjat sjunka att även i fortsättningen vara sjunkande.

Detta om detta. Jag har också några andra tankar om observation av kortperiodiska variabler som AK Tri.

• Det är viktigt att alla mätningar görs på så enhetligt sätt som är möjligt, med samma instrumentella utrustning och med exakt samma jämförelsestjärnor vid alla mätningar. Omvandling till standardiserad V-magnitud är förstås också bra, men är ändå av sekundär betydelse när det gäller intensiva studier av en enstaka kortperiodisk variabel. Det primära är att observationsmaterialet internt är konsistent och visar hur ljusstyrkan varierat, även om man skulle mäta i en icke helt standardiserad våglängd. Detta är OK så länge man inte i ett och samma diagram tänker sammanföra mätningar från olika observatörer.

• Tidsserieobservationer (”time-series observations”) är en nyckel till att på relativt kort tid och med begränsad ansträngning få utomordentliga resultat på kortperiodiska variabler. Helt enkelt att magnituden mäts ett stort antal gånger och under så lång tid som möjligt under en och samma kväll.

• I princip bör alla tider för variabelobservationer ges med HJD (heliocentriskt julianskt datum), inte med GJD (geocentriskt julianskt datum). Eftersom skillnaden mellan HJD och GJD som mest bara är några minuter har detta ingen som helst betydelse när man observerar långsamt varierande variabler som miror, det är då inget man behöver fundera över. Men för kortperiodiska variabler bör man rapportera observationerna i HJD.

När det gäller HJD/GJD kanske något kunde göras i SVO för att det skulle bli mera klart vilka obsar som ges i GJD och vilka som ges i HJD. Vad tror du, Thomas K? Kanske en text som säger att observationer av kortperiodiska variabler ska avse HJD? Alternativt att det påpekas att man i kommentarkolumnen bör ange ”HJD” om obsen ges i HJD och inte GJD?

För att omvandla ”vanlig” tid till heliocentrisk tid kan man använda nedanstående länk (lägg märke till att formatet är MM/DD/YYYY):

http://www.physics.sfasu.edu/astro/javascript/hjd.html

mvh
Hans Bengtsson
Tompa
Posts: 1441
Joined: 2010-08-25 15:34:01
spamtest: JA
Location: Borlänge
Contact:

Re: Rapport från en balkong!

Post by Tompa »

Intressant läsning!
Jag tänker försöka mig på tidsserieobservationer av AK Tri någon kväll när vädret tillåter. Jag fotograferar nu fem serier om tio exponeringar á 30 sekunder, totalt blir det 5 x 5 minuter = 25 minuter (ISO800). Kanske det är lite långa serier med tanke på perioden? Jag använder givetvis alltid samma inställningar, setup och jämförstjärnor.

Jag har haft funderingar på att försöka med ISO 1600 för att korta ner exponeringstiden, det skulle ge 5 serier om 10 exponeringar á 15 sek vid ISO1600. Totalt 5 x 2,5 minuter = 12,5 minuter. Konsekvensen av detta är väl, rätta mig om jag har fel, att mätningar på bilder med ISO1600 inte rakt av är jämförbara med mätningar gjorda på bilder med IS0800. Å andra sidan kanske det inte är hela världen att börja om om det visar sig att ISO1600 är att föredra.

Fråga till någon som vet: Hur känslig är en bra CCD-kamera jämfört med en DSLR? Nu använder jag 30 sek exponering vid ISO800 för att få lagom exponering för stjärnor med magnitud 10 ned till magnitud 15, i ett 7,5-tums teleskop. Var skulle exponeringstiden hamna med en bra CCD?

Tackar för länken till HJD-omvandling, jag ska korrigera tiden för gjorda obsar i SVO. Det enklaste är väl att skriva HJD i kommentarsfältet?

Mvh,
Tomas W
-----------------------------------------------------------------
Bildblogg: http://ienannandelavrymden.wordpress.com
-----------------------------------------------------------------
Hans Bengtsson
Posts: 5566
Joined: 2011-03-04 18:19:54
spamtest: JA

Re: Rapport från en balkong!

Post by Hans Bengtsson »

Som mest förändras V-magnituden för AK Tri med ca 0.1 magnituder per timme. Möjligen skulle det vara optimalt att ha något bättre tidsupplösning än 25 minuter, men det handlar förstås också om bra signal/brus-förhållande, så det är en balansgång.

Om man har 50 successiva korta exponeringar, kanske man kan tänka sig att testa med att använda exp 1-10 för ett magnitudvärde, exp 2-11 för nästa värde, exp 3-12 för nästa värde, osv? En form av glidande medelvärde, med andra ord. Har ingen aning om hur det skulle bli i ditt fall med AK Tri, men det vore intressant att se. Det gäller ju också att kvaliteten på magnitudmätningarna inte försämras signifikant i takt med att tidsupplösningen blir bättre.

Tycker det låter bra ifall det anges HJD i kommentarkolumnen i SVO när det gäller kortperiodiska variabler och HJD har använts. I och med att ljusväxlingselementen alltid avser HJD så är det förstås bäst att ha även obsarna i samma system. Även om skillnaden mellan HJD och GJD maximalt bara är några minuter så kan det vara onödigt att tappa någon tidsupplösning av just den orsaken.

Eftersom jag inte är någon astrofotograf så har jag inga synpunkter i de andra fototekniska frågorna, men det kan säkert ges många goda tips från andra på Astronet.

mvh
Hans Bengtsson
hansg
Posts: 631
Joined: 2011-06-23 09:07:59
spamtest: JA

Re: Rapport från en balkong!

Post by hansg »

"...Nu använder jag 30 sek exponering vid ISO800 för att få lagom exponering för stjärnor med magnitud 10 ned till magnitud 15, i ett 7,5-tums teleskop. Var skulle exponeringstiden hamna med en bra CCD?..."

Ned till mag 10 anv jag 5-8 sek exponering med en monocrom ccd, för mag 15 anv 10-15 sek, man får prova sig fram så att
inte objektet blir saturerad.

För objekt med mag 1- 10 kör jag 30-20 bildrutor som stackas till en som mätes, över 15 sekunder mäter jag varje enskild bild
När man tar en "tidsserie" tycker jag det är viktigt att man i diagrammet avsätter +/- värdet, då tunna molnslöjor annan turbulens brukar avsätta sig som ett högre +/- värde och man kan då i efterhand eliminera mätvärden med alltför höga +/- värden, det ger också en fingervisning om hur kvaliten på kvällens mätningar varit.
Det kan också fungera som en måttstock på utrustningen och egen skicklighet, när jag började med fotometri för 11 år sedan låg +/- värdet ofta upp på 0.10 eller mer, numera stabiliserar det på ett snitt runt 0.045 vilket också är väl högt men
det är bara att kämpa på.
h-g
ThomasK
Posts: 1650
Joined: 2010-06-29 12:10:36
spamtest: JA
Contact:

Re: Tidsserieobservationer av kortperiodiska variabler

Post by ThomasK »

Här var så många intressanta funderingar att jag tyckte ämnet var värt en egen tråd, så jag delade "Rapport från en balkong". Jag har också haft en hel del funderingar runt olika strategier för att observera kortperidiska regelbundna variabler. Hans Bengtsson har många tänkvärda idéer och jag håller med om det mesta.

Det går att se en hel del skillander i lämplig strategi mellan t.ex epsilon Aurigae (som jag mycket byggt min fotometri-guide runt) och en variabel som AK Tri. Eps Aur ändrar sig relativt långsamt, så en observation per kväll är lämpligt, och observerades av många olika personer vars resultat ska kunna jämföras. Därför har det varit viktigt att få ett så noga och ett så kalibrerat resultat som möjligt. Därför har rekomendationen varit att stacka många bilder och ta flera serier för att få ett genomsnitt med stort underlag. Som bonus på eps Aur-bilderna har jag också följt 3 kortperiodiska variabler RX, SX och TT Aur. Eftersom dessa har hängt med på köpet så att säga har de ju fått samma observationsintervall med max en obs per dag. Efter 2 års obsar får man ju säga att resultatet blivit väldigt bra och de beräknade perioderna ligger väldigt nära de från GCVS.

Dock är det svårt att få fram några O-C värden ur detta material. Det bästa man kan göra är att peräkna period och epok och få fram O-C genom katalogepok minus beräknad epok, detta blir då O-C för mittpunkten i materialet. Ev. att man kan dela upp materialet per år och göra samma beräkning per år. Om man delar upp materialet i kortare intervall än ett år tro jag man får för mycket slumpmässighet för att få ett användbart resultat.

För en variabel med okänd period skulle kanske detta vara en möjlig strategi, men som Hans påpekar är den mer etablerade metoden att man intenssivbevakar variabeln runt ett minimum för att försöka bestämma tidpunkten så noggrannt som möjligt. I detta fall är inte kalibreringen mot V-systemet viktig och ej heller att man stackar ihop alla bilderna. Utan att man istället tar så många bilder som möjligt runt minimumet och analyserar varje bild för sig. I IRIS kan man t.ex automatiskt mäta magnituden på upp till 5 stjärnor (variabeln och 1-4 jämförstjärnor) på en serie bilder. Man får i detta fall räkna med att man får större avvikelser mellan de olika mätresultaten (pga. lägre sinal-to-noise), men förhoppningsvis går det ändå att få fram en trendlinje som visar när minimat inträffat. HJD är absolut lämpligt att använda då. Jag antar att man kan använda samma offset mellam HJD och GJD för alla obsar för samma kväll, då den inte ändras mycket under samma dag.

Jag har inte gjort nån sån här serie själv ännu. Här är ju en montering med följning klart att föredra jämfört med mitt fasta stativ. Några saker att tänka på eller som kan ställa till det:
- Ett minima för variabeln ska inträffa samtidigt som det är natt och klart väder och obervatören har tillfälle att observera..
- Variabeln ska var på en altitud på 30-40º under hela tiden observationen sker, då man för den stora mängden bilder man får kanske bara kan mäta och jämföra den instrumentella magnituden och därför vill man ha likvärdiga förhållanden för hela mätperioden.
- Moln, dis, imma kan störa och förstöra observationen lättare.
- Ju fler bilder, ju bättre underlag. Gissar att en bild/minut under en timme inte är orimligt.

Som framgår av ovan ställer denna typ av observation mer krav på bildtagningen men mindre krav på analysen än i fallet epsilon Aurigae, men är den etablerade vägen för att få fram O-C och därmed periodförändringar. Stickprovs-metoden eller vad man ska kalla den jag använt funkar också, men kräver att man följer samma variabel intensivt under kanske ett år för att nå samma resultat man kan få under en kväll om man ser till O-C
Thomas Karlsson
ThomasK
Posts: 1650
Joined: 2010-06-29 12:10:36
spamtest: JA
Contact:

Re: Rapport från en balkong!

Post by ThomasK »

Tompa wrote:Intressant läsning!
Jag har haft funderingar på att försöka med ISO 1600 för att korta ner exponeringstiden, det skulle ge 5 serier om 10 exponeringar á 15 sek vid ISO1600. Totalt 5 x 2,5 minuter = 12,5 minuter. Konsekvensen av detta är väl, rätta mig om jag har fel, att mätningar på bilder med ISO1600 inte rakt av är jämförbara med mätningar gjorda på bilder med IS0800. Å andra sidan kanske det inte är hela världen att börja om om det visar sig att ISO1600 är att föredra.

Mvh,
Tomas W
Tomas, du vinner inget på att använda ISO1600 istället för ISO800. Chipet i kameran är detsamma och funkar på samma sätt oavsett ISO-inställningen. Skillnaden mellan ISO800 och ISO1600 är att alla ADU-värden multipliceras med 2 så att det dynamiska omfånget minskar. Istället skulle du testa om dina 30 sekunders exponeringar är tillräckligt långa så du inte behöver stacka ihop 10 utan kanske bara 2-4. Testa att ta en 10-serie och stacka bilderna 2 och 2, 3 och 3 eller 4 och 4. Om spridningen är liten jämfört med 10-stackningen så använd färre delbilder. För S/N-nivån är det den totala exponeringstiden som är mest intressant. Så 2x30 ska i teorin ge samma som 10x6 sek. Nu har du använt en extremt lång sammanlagd tid, vet inte om det är nödvändigt för att variabeln är så svag, men det är värt att testa med kortare och de om det kan funka ändå.
Thomas Karlsson
Tompa
Posts: 1441
Joined: 2010-08-25 15:34:01
spamtest: JA
Location: Borlänge
Contact:

Re: Tidsserieobservationer av kortperiodiska variabler

Post by Tompa »

Mycket att ta in!

Thomas: Jag är med på resonemanget om ISO. Jag stannar på ISO800. Jag testade i går med 10-sek exponeringar, då hamnar jag fortfarande på avläsbara ADU-nivåer.

h-g: Tack. Det blir nog en CCD... Vilken apertur ger dessa exponeringsvärden? Vad jag förstår har Du ett antal tuber att välja på...

Hans: Glidande medelvärden, sa Bull! Det är väl det jag är ute efter. Det gäller väl att hitta metoden att ta omhand det stora antalet bilder som detta genererar.

Jag var ute i natt och fotade 270 stycken 10-sek exponeringar från ca 00:30 - 02:00 SSUT. När jag steg upp klockan 04:00 för att se till utrustningen visade det sig att någonting hakade upp sig redan kl 0200, trist. Det var bara att stänga av och hoppa i bingen...
Min Canon är inte Dalarnas snabbaste, den ger ca 100 10-sek exponeringar på 30 minuter. Jag tänker mig att reducera offset, darks och flats för att sedan stacka ihop tre bilder som sedan skall mätas. Det ger ca 65 bilder per observationstimme att analysera. Här måste ju någon form av automatik införas, annars kommer jag att drabbas av elakartad mus-arm och allmän utbrändhet...
Därför ska jag försöka ta omhand dessa bilder, även om de inte är tagna i närheten av något minima. Vi får se hur det går.
När det är dags för "riktiga" mätningar kring minima måste väl en ungefärlig tidpunkt för detta minima uppskattas. Det är ju ingen mening med att plocka fram grejorna och chansa. Därför är det väl bra att fortsätta med de slumpvisa mätningarna, dessa ger väl en antydan om när man legat nära minima i alla fall.

Thomas: Du nämner att IRIS kan analysera serier? Fungerar det så att man alignar sina, låt säga 200 bilder, för att sedan utföra aperturmätningar i definierade x,y-punkter? Jag har en testversion av MaximDL, jag skall försöka se om den går att använda på något vis.

Mvh,
Tomas W
-----------------------------------------------------------------
Bildblogg: http://ienannandelavrymden.wordpress.com
-----------------------------------------------------------------
hansg
Posts: 631
Joined: 2011-06-23 09:07:59
spamtest: JA

Re: Tidsserieobservationer av kortperiodiska variabler

Post by hansg »

"..h-g: Tack. Det blir nog en CCD... Vilken apertur ger dessa exponeringsvärden? Vad jag förstår har Du ett antal tuber att välja på..."

254 mm f4 Schmidt-Newton
h-g
ThomasK
Posts: 1650
Joined: 2010-06-29 12:10:36
spamtest: JA
Contact:

Re: Tidsserieobservationer av kortperiodiska variabler

Post by ThomasK »

Oj, då har du att göra ett tag. Jag mailade dig ett program jag använder som underlättar att flytta och döpa om alla dessa bilder.

Det ska gå att göra automatiska fotometrin i Iris utan att bilderna är alignade (inom vissa gränser). Under "Analysis -> Automatic Photometry" finns en ruta "No matching" som man fyller i i detta fall. Gången är att man laddar in den första bilden, väljer "Analysis -> Select Objects", markerar variabeln och upp till 4 jämförstjärnor, väljer "Automatic photometry" och fyller i vad bildfilerna heter, hur många bilder, utfilens namn osv.
Thomas Karlsson
Tompa
Posts: 1441
Joined: 2010-08-25 15:34:01
spamtest: JA
Location: Borlänge
Contact:

Re: Tidsserieobservationer av kortperiodiska variabler

Post by Tompa »

Tack för programmet! Har redan använt det.
Det blir en del handpåläggning, kan man säga :D
Jag håller på att processa gårdagens filer, jag börjar med 99 stycken tre-sekunders-bilder och stackar dem 3 och 3 så att jag landar på 33 "lätt stackade" bilder. Detta upprepar jag med de ca 270 exponeringar som jag har. Dessa skall jag sedan försöka läsa ut via iris, tack för tipset - det verkar inte vara så krångligt. Det gäller väl sedan att processa på ett smart sätt i excel (eller open office calc som jag använder).
Fungerar detta på ett bra sätt, gäller det att hitta rätt tillfälle och försöka på riktigt med sisådär 3-4 timmars exponeringar...

Och helt plötsligt står en snabbare dator på önskelistan...

Mvh,
Tomas W
-----------------------------------------------------------------
Bildblogg: http://ienannandelavrymden.wordpress.com
-----------------------------------------------------------------
Hans Bengtsson
Posts: 5566
Joined: 2011-03-04 18:19:54
spamtest: JA

Re: Tidsserieobservationer av kortperiodiska variabler

Post by Hans Bengtsson »

Vägen till bra resultat går ju oftast via en jäkla massa jobb, man brukar väl säga i runda tal 1 % inspiration och 99 % transpiration. Hoppas du kan hitta en variant som både ger jättebra resultat och inte innebär orimligt mycket manuellt arbete!

mvh
Hans Bengtsson
Post Reply