Bab IV

Spektroskopi

Pengamatan spektroskopi variabel delta Scuti biasanya dimaksudkan untuk

mendeteksi komponen non-radial dari pulsasi. Hal ini membutuhkan resolusi kisi

yang tinggi demi dapat mendeteksi hal tersebut. Mengingat bahwa RS Gru adalah

delta Scuti beramplitudo tinggi, kemungkinan besar bintang ini hanya memiliki

satu mode pulsasi saja. Pengamatan spektroskopi yang dilakukan di sini tidak

bertujuan untuk mendeteksi adanya komponen non-radial, melainkan untuk

mengamati perubahan kelas spektrum.

IV.1. Pengamatan

Pengamantan dilakukan pada Jumat/Sabtu, 6/7 Oktober 2006, menggunakan

Reflektor Cassegrain GOTO 45 cm, Bosscha Compact Spectrograph, dan CCD

ST-8XME. Tujuan pengamatan spektroskopi adalah untuk melihat perubahan

kelas spektrum terhadap fase dari RS Gru. Untuk itu digunakan hanya satu sudut

grating saja dan kemudian mengambil citra spektrum bintang berulang kali

sepanjang malam. Sudut grating yang dipilih adalah sedemikian sehingga dapat

mencakup garis Hα dan Hβ. Dua garis tersebut dipilih karena selain cukup tegas,

juga terpisah cukup jauh dalam satu bingkai citra CCD ST-8 + BCS. Sepanjang

malam pengamatan berhasil diperoleh 9 citra spektrum bintang RS Gru dengan

waktu bukaan 5 menit untuk citra pertama dan 10 menit untuk citra berikutnya.

Detail pengamatan disajikan pada beberapa sub bagian tulisan di bawah ini.

IV.1. 1. Obyek Pengamatan

Bintang program:

• Nama : RS Gru (HD 206379)

• α2000 : 21h43.07m

• δ2000 : -48d11,4m

• mV(maks) : 7,92

26

• mV(min) : 8,51

• Kelas spektrum : A6 - A9IV - F0

• Periode : 3,5 h

• Amplitudo : 0,59

Bintang pembanding

• Nama : HR 7950

• α2000 : 20h47,7m

• δ2000 : -09d29,7m

• Kelas spektrum : A1,5V

IV.1.2. Instrumentasi

IV.1.2.1. Reflektor Cassegrain GOTO-45cm

• Cermin primer : d = 450 mm

f = 1800 mm

• Cermin sekunder : d = 150 mm

fgabungan = 5400 mm

• Skala bayangan : 38,12″/mm

• Vbatas : 15,97

IV. 1.2.2. Spektrograf BCS (Bosscha Compact Spectrograph)

• Tipe : slit dan kisi datar

• Konfigurasi : quasi - littrow, γ = 30°

• Lebar slit : 80 µm

• Panjang slit : > 20 mm

• Posisi slit : tetap

• Kolimator dan kamera : sistem lensa

27

• panjang fokus kolimator : 240 mm

• panjang fokus sistem kamera : 200 mm

• Spektrum pembanding : Fe - Ne - Ar

• Order-cut filters : short-cut pada 390 nm dan 480 nm

• Kisi : 300 baris/mm blazed pada 500 nm

: 1200 baris/mm blazed pada 500 nm

• basic pupils : slit viewer, main eyepiece

• dimensi : 30 cm × 20 cm × 27 cm.

• berat : 15 kgf (tanpa kamera)

IV.1. 2. Jurnal Pengamatan

Prosedur pengambilan citra dalam 1 malam pengamatan spektroskopi adalah

sebagai berikut :

• Pengambilan sejumlah bingkai citra bias.

• Pengambilan citra lampu pembanding.

• Pengambilan citra obyek

• Pengambilan citra lampu pembanding

• Pengambilan citra obyek

• Pengambilan citra lampu pembanding

• Pengambilan citra obyek

• …

• Pengambilan citra lampu pembanding

• Pengambilan citra obyek

28

• Pengambilan citra lampu pembanding

• Pengambilan sejumlah citra gelap dengan waktu integrasi sama dengan citra

obyek.

• Pengambilan beberapa citra medan datar untuk tiap-tiap sudut grating.

• Pengambilan sejumlah bingkai citra bias

Informasi mengenai kegiatan pengamatan spektroskopi disajikan di bawah ini:

• Hari/Tanggal : Jumat/Sabtu, 6/7 Oktober 2006

• Pengamat : GIP, HLM

• Fase bulan : purnama

• Grating : 300 groove/mm

• Sudut grating : 350°

Jurnal pengamatan spektroskopi disajikan dalam tabel IV. 1.

Tabel IV. 1. Jurnal pengamatan spektroskopi RS Gru pada 6/7 Oktober 2006

Waktu Kegiatan

19.06

19.34

19.45

19.52

19.53

19.55

20.47

21.09

21.21

21.23

21.47

22.08

22.09

22.41

instalasi instrumen

pointing ke HR 7950 (standar

spektroskopi) error

pointing ke HR 7950 (standar

spektroskopi)

Citra bias

citra lampu pembanding

Ambil citra HR 7950 (3 kali)

Citra lampu pembanding

RS Gru, 300s

Citra lampu pembanding

RS Gru 1, 600s

RS Gru 2, 600s

Citra lampu pembanding

29

22.53

23.04

23.15

23.37

23.39

00.10

00.23

00.29

RS Gru 3, 600s

RS Gru 4, 600s

Citra lampu pembanding

RS Gru 5, 600s

RS Gru 6, 600s

Citra lampu pembanding

RS Gru 7, 600s

RS Gru 8, 600s

Citra lampu pembanding

Bias2

IV.2. Reduksi, Kalibrasi dan Ekstrasi data menggunakan IRAF

IV.2.1 Pra Proses

Yang dilakukan pertama kali adalah membuat master citra bias, citra gelap dan

citra medan datar. Master citra bias dibuat dengan merata-ratakan atau mengambil

median dari citra-citra tersebut, bergantung pada standar deviasi mana yang lebih

kecil. Hal yang sama dilakukan pada pembuatan master citra gelap dan citra

medan datar. Pada perangkat lunak IRAF, pembuatan master ini menggunakan

task imsum option = 'average' atau imsum option = 'median'.

Pemeriksaan standar deviasi menggunakan task imstat.

Pra proses dilakukan dengan rumus sebagai berikut :

( )( ) ( )( ) ( )yxlyxl

yxlyxlyxi

bf

d

,,

,,,

!

!=

dengan i(x,y) adalah citra yang telah direduksi, l(x,y) adalah citra mentah, ld(x,y)

adalah citra gelap (dark image), lf(x,y) adalah citra medan datar (flatfield image),

adalah lb(x,y) citra bias dan (x,y) menunjukkan pixel pada baris ke-x dan kolom

ke-y. Pengurangan citra dilakukan dengan menggunakan task imarith ? = -

dan pembagian dilakukan dengan menggunakan task imdiv.

30

citra mentah _________________________________________________________________

citra medan datar + citra bias

Gambar IV. 1. Pra proses spektroskopi

Gambar IV. 2. Citra bersih spektroskopi

Gambar IV. 3. Citra HR7950 (bintang standar) pada sudut kisi 350°

31

Gambar IV. 4. Citra lampu pembanding pada sudut kisi 350°

IV.2.2 Ekstrasi, Kalibrasi dan Normalisasi

IV.2.2.1. Ekstrasi

Reduksi data spektroskopi meliputi ekstrasi dan kalibrasi spektrum.

Gambar IV. 5. Bagian-bagian dari sebuah citra spektrum bintang.

Pada prinsipnya ekstrasi adalah proses mengubah spektrum 2 dimensi menjadi

spektrum 1 dimensi. Ekstrasi meliputi langkah-langkah sebagai berikut :

32

• Menentukan/menemukan profil spasial spektrum. Pada prinsipnya hal ini

dilakukan dengan mempelajari citra sepanjang sumbu spasial dan

menentukan puncak dari profil.

• Mendefinisikan daerah ekstrasi dan daerah latar belakang. Pada

prinsipnya hal ini dilakukan dengan menentukan ukuran daerah ekstrasi dan

daerah latar belakang dengan menentukan jumlah piksel di sebelah kiri dan

kanan pusat profil spasial.

• Menentukan pusat profil spasial sebagai fungsi sumbu dispersi.

Meskipun diasumsikan bahwa sumbu spasial adalah sepanjang baris atau

kolom, bentangan spektrum tidak akan tepat tegak lurus sumbu spasial. Di

luar ketidaktepatan orientasi bingkai citra dengan posisi slit, ada beberapa

hal yang mempengaruhi ketidaktepatan tersebut :

a. Distorsi optik kamera yang membuat spektrum tampak melengkung.

Makin panjang bentangan spektrum, makin buruk efek distorsi ini.

b. Dudukan grating tidak tepat persegi.

c. Refraksi atmosfer diferensial menyebabkan ujung biru spektrum bergeser

makin dekat ke arah zenit sepanjang slit daripada ujung merah spektrum.

• Menjumlahkan spektrum di dalam daerah ekstrasi dan mengurangkan

latar belakang. Pada setiap titik sepanjang sumbu dispersi, data di dalam

daerah ekstrasi akan dijumlahkan dan data di daerah latar belakang akan

dikurangkan.

Ekstrasi ini dilakukan dengan menggunakan task apsum di dalam IRAF. Untuk

citra lampu pembanding, task ini dijalankan dengan referensi citra obyek (apsum

reference = 'citra obyek').

IV.2. 2. 2 Kalibrasi Panjang Gelombang

Kalibrasi panjang gelombang adalah langkah untuk membuat spektrum 1 dimensi

tadi ke dalam skala panjang gelombang dari sebelumnya dalam skala piksel.

Langkah-langkah kalibrasi panjang gelombang adalah sebagai berikut :

33

• Identifikasi panjang gelombang citra pembanding. Ini dilakukan dengan

bantuan atlas spektrum. Dengan task identify, garis-garis emisi pada

bingkai citra pembanding ditentukan/dimasukkan dan IRAF kemudian akan

mencari persamaan dispersinya.

• Pengubahan satuan dari skala piksel ke skala panjang gelombang pada

citra obyek. Sekali persamaan dispersi dari citra pembanding diketahui,

maka dapat digunakan untuk menentukan skala panjang gelombang dari

obyek. IRAF melakukan ini dengan task refspectra referen =

'obyek pembanding'.

• Penentuan skala panjang gelombang. Dengan menggunakan persamaan

dispersi tadi, spektrum obyek dapat diletakkan dalam skala panjang

gelombang yang linear. IRAF melakukannya dengan task dispcor.

Gambar IV. 6. Hasil identifikasi panjang gelombang lampu pembanding pada sudut kisi 350°

34

IV. 2. 2. 3. Kalibrasi Fluks

Kalibrasi fluks adalah langkah untuk mendapatkan fluks sebenarnya dari bintang

program.. IRAF memiliki basis data fluks bintang-bintang standar spektroskopi.

Oleh sebab itu, bintang standar yang dipilih sebisa mungkin ada dalam basis data

IRAF. Langkah pertama dalam proses kalibrasi fluks ini adalah mendaftarkan

data-data yang dipakai dalam kalibrasi. Data-data tersebut adalah:

• data massa udara pengamatan (untuk masing-masing titik data)

• data bintang standar yang ada dalam basis data IRAF (dalam hal ini HR

7950)

• data pengamatan bintang standar dengan panjang gelombang yang sudah

terkalibrasi

• data koefisien ekstingsi lokal.

Dengan menggunakan task standard, IRAF akan membuat file text yang berisi

data fluks yang sudah terkalibrasi berdasarkan masukan-masukan di atas. File teks

ini akan dipakai sebagai masukan dalam task sensfunc untuk memperoleh fungsi

sensitivitas.

35

Gambar IV. 7. Empat diagram yang menggambarkan (searah jarum jam): (i) ekstingsi vs panjang gelombang, (ii) spektrum dengan fluks yamg sudah terkalibrasi vs panjang gelombang, (iii) sensitivitas vs panjang gelombang, (iv) residu sensitivitas vs panjang gelombang.

IV. 2. 2. 4. Normalisasi

Normalisasi dilakukan dengan membagi seluruh data fluks terkalibrasi dengan

fluks pada λ = 5500 A, yaitu panjang gelombang pusat filter V, sehingga fluks

ternormalisasi berharga 1 pada λ = 5500 A.

IV. 3 Penentuan kelas spektrum

Dengan menggunakan data yang diperoleh Rodriguez, dkk (1995), dicoba

ditelusur fase-fase hasil pengamatan, dengan rumus sebagai berikut:

( ) 0.JD hel t

faseP

!=

36

dengan JD(hel.) adalah waktu maksima terakhir menurut Rodriguez dalam hari

Julian, t0 adalah hari Julian pengamatan dan P adalah periode menurut

Rodriguez (P = 0,14701558 hari).

Penentuan kelas spektrum dilakukan secara semi-visual menggunakan library

dari Jacoby dan Hunter (1984). Library ini menghimpun hasil spektrofotometri

161 bintang dari kelas spektrum O – M dan kelas luminositas V, III, dan I.

Spektrograf yang dipakai menggunakan kisi 600 garis/mm dengan rentang

panjang gelombang dari 3510 hingga 7427 Å.

Data yang ada di dalam library kemudian dinormalisasi pada λ = 5500 Å seperti

yang dilakukan pada data pengamatan. Disesuaikan dengan rentang panjang

gelombang yang dapat dicakup oleh bingkai citra pengamatan, rentang panjang

gelombang dari data library kemudian dicrop. Penentuan kelas spektrum

kemudian dilakukan dengan membandingkan spektrum library ternormalisasi

dengan spektrum pengamatan ternormalisasi.

Tabel 5 menyenaraikan perubahan kelas spektrum terhadap waktu yang

dinyatakan dalam JD. Gambar 12 hingga 20, memperlihatkan proses penentuan

kelas spektrum tersebut. Tampak bahwa pengamatan spektroskopi menggunakan

BCS di Observatorium Bosscha mampu mendeteksi adanya perubahan kelas

spektrum. Dari pengamatan ini dideteksi adanya perubahan kelas spektrum dari

A5V hingga A0V.

37

Tabel IV. 2. Hasil penentuan kelas spektrum. Fase = 0 adalah saat maksima

JD fase kelas spektrum

2454015,68412037 0.93761927 A5,5V

2454015,69736111 0.02768524 A2V

2454015,71234954 0.12963929 A2V

2454015,72924769 0.24458362 A3V

2454015,74429298 0.34693132 A6,5V

2454015,76039352 0.45644336 A5V

2454015,77501157 0.55587807 A6V

2454015,79170139 0.66940529 A2V

2454015,80656250 0.77049332 A2V

Gambar IV. 7. Penentuan kelas spektrum pada JD = 2454015,68412037 dan fase

= 0.93761927.

38

Gambar IV. 8. Penentuan kelas spektrum pada JD = 2454015,69736111 dan fase

= 0.02768524.

Gambar IV. 9. Penentuan kelas spektrum pada JD = 2454015,71234954 dan fase

= 0.12963929.

39

Gambar IV. 10. Penentuan kelas spektrum pada JD = 2454015,72924769 dan fase

= 0.24458362.

Gambar IV. 11. Penentuan kelas spektrum pada JD = 2454015,74429298 dan fase

= 0.34693132.

40

Gambar IV. 12.. Penentuan kelas spektrum pada JD = 2454015,76039352 dan fase

= 0.45644336.

Gambar IV. 13. Penentuan kelas spektrum pada JD = 2454015,77501157 dan fase

= 0.55587807.

41

Gambar IV. 14. Penentuan kelas spektrum pada JD = 2454015,79170139 dan

fase = 0.66940529.

Gambar IV. 15. Penentuan kelas spektrum pada JD = 2454015,80656250 dan fase

= 0.77049332.