Résumé L’objet M63 est une galaxie relativement proche de la nôtre, située à 27 millions d’années-lumière, dans la constellation des Chiens de Chasse. Elle appartient au groupe de M51. Il s’agit d’une galaxie spirale d’un type particulier, appelé « spirale cotonneuse » […]
| Prise de vue : |  |
| Traitement : |  |
| Intérêt Ha : |  |
| Popularité : |  |
Nom : M63 – NGC 5055 – Galaxie du Tournesol
Type : Galaxie spirale
Distance : 27 millions AL
Taille : 12,6′ x 7,2′
Magnitude : 9,3
Meilleure période d’observation : Printemps
M63 est une galaxie relativement proche de la nôtre, située à 27 millions d’années-lumière, dans la constellation des Chiens de Chasse. Elle appartient au groupe de M51.
Les plus fins détails des bras spiraux de M63, révélés par le télescope spatial Hubble (Crédits : NASA/ESA).
Il s’agit d’une galaxie spirale d’un type particulier, appelé « spirale cotonneuse » (« floculante« ). Contrairement aux galaxies spirales traditionnelles, ce type de galaxies ne présente pas des bras spiraux bien marqués et symétriques, mais des bras spiraux inégaux et discontinus. La théorie pour expliquer ces structures est celle de la dynamique d’autopropagation de la formation d’étoiles (« SSPSF » ou « Stochastic self-propagating star formation« ) selon laquelle les zones de formation d’étoiles se propagent entre les bras sous l’effet des vents stellaires et des ondes de choc générées par les supernovae.
Il en résulte ainsi une structure beaucoup moins stable et marquée que pour les spirales classiques, et encore moins marquées que les « galaxies spirales de grand style » dont les bras spiraux sont particulièrement importants et bien définis (telles que M81, M101, M51 ou M74…). Le caractère asymétrique de ces galaxies est également illustré par la disparité des régions de formation d’étoiles au sein de M63, visibles en rouge sur l’image présentée.
Parmi les galaxies spirales, 30% sont « cotonneuses », 10% sont de « grand style » et les 60% restantes sont des spirales « classiques » avec plusieurs bras spiraux.
M63 présente également une autre caractéristique intéressante, comme cela est visible sur l’image présentée : plusieurs « arches » de matière dont un particulièrement spectaculaire de par ses dimensions.
Ces « arches » sont probablement les effets persistants d’anciennes interactions ou collisions avec de plus petites galaxies satellites. Il est également possible que la grande « arche » (en haut à gauche) soit la manifestation des interactions gravitationnelles passées ou toujours actives entre M63 et la proche galaxie M51 ; ces deux galaxies appartenant au même groupe.
Ces courants de matière sont cependant extrêmement ténus et difficiles à saisir ; l’image présentée ici a été traitée spécifiquement pour les faire ressortir de manière plus visible.
Cette image a été réalisée sur 2 nuits, en mai 2017, avec la TSA 102 à f/6 et la caméra CCD AtikOne 6.
7h de pose au total, dont 5h de luminance. Seulement 1h30 pour la couleur (30 min par couche RGB) et 30 minutes de Ha pour rehausser un peu mieux les zones actives des bras spiraux.
Cette répartition du temps de pose est un peu inhabituelle pour moi, car j’essaie d’habitude de mieux équilibrer les acquisitions entre Luminance et couleurs (en visant 50/50). Pour cette cible cependant, j’ai dérogé à cette habitude pour privilégier la luminance, les couleurs de cette galaxie étant relativement peu prononcée. J’avais aussi une contrainte liée au fait que, depuis mon lieu d’observation au sud de Paris, cette galaxie basculait rapidement vers une zone très affectée par la pollution lumineuse. J’ai donc préféré privilégier la Luminance pour la meilleure qualité de ciel, les poses RGB dans une zone encore acceptable, et le Ha lorsque le fond de ciel était déjà affecté.
Au traitement, la visualisation de la Luminance empilée avec la fonction STF a révélé – à ma grande surprise – un halo très important autour de la galaxie, ainsi que « l’arche ». Je n’avais jamais vu d’image de M63 avec ces extensions auparavant, et n’en avais donc pas conscience lors des acquisitions.
Après quelques recherches et vérifications, j’ai trouvé des images avec ces extensions également présentes, ce qui m’a permis de confirmer qu’il s’agissait bien d’une réalité physique de l’objet et non de soucis de brutes ou de gradients… En cherchant sur Astrobin, il y a effectivement quelques rares versions où ce halo est présent, mais il est vrai qu’on voit plus souvent cette galaxie dans une version plus sobre.
J’étais donc très agréablement surpris par cette découverte, car cela a redonné de l’intérêt à une image qui, sinon, aurait pu être assez décevante en raison de la courte focale utilisée et de l’absence de détails très prononcés au sein de la galaxie…
Matériel :
Takahashi TSA102 f/6
AZEQ6 via EQmod
AtikOne6 (-10°)
Guidage : OAG & Atik GP
Filtres Astronomik LRGB & Ha 6nm
Pixinsight – Photoshop
Acquisition :
L : 60 x 300s bin1
R : 10 x 180s bin2
G : 10 x 180s bin2
B : 10 x 180s bin2
Ha : 7 x 300s bin2
Intégration totale : 7h05
Date(s) de prise de vue : 26 mai 2017
J’espérais saisir sur cette image la supernova SN2017dfc, découverte 2 mois avant, mais malheureusement la luminosité de celle-ci n’était plus visible.
Cette supernova, en apparence dans le disque de M63, se situait en réalité dans une autre galaxie située en arrière-plan et 40 fois plus éloignée (redshift z=0.06, soit environ 1 milliard d’années lumière).
J’ignore si à cette date la supernova n’était plus visible ou si je n’avais pas une détectivité suffisante avec les 102mm de la TSA… Mais s’agissant d’une supernova de type Ia, dont la courbe de luminosité diminue rapidement, tenter de l’observer 60 jours après le pic est un peu ambitieux…
M63 est une galaxie relativement lumineuse et contrastée, ce qui en fait une cible classique chez les amateurs : mais ses dimensions apparentes restent modestes. Il est donc recommandé de privilégier une focale relativement importante (1000mm et plus) pour en révéler au mieux les magnifiques détails de ses bras spiraux « floconneux ».
Une caméra CCD monochrome est bien sûr beaucoup plus performante qu’un APN sur cette cible, puisqu’elle permet un gain en résolution très important.
Par ailleurs, comme on peut le voir sur l’image présentée ici, le voisinage de M63 n’est pas des plus riches, avec seulement quelques petites galaxies en arrière-plan. Les gros plans sur la galaxie peuvent donc être réalisés sans regret !
Le seul cas dans lequel une focale plus courte se justifie est la recherche de la mise en avant du halo et des arches de matière, beaucoup plus ténues et assez étendues autour de la galaxie ; comme dans l’image présentée ici.
La mise en valeur du halo et de l’arche suppose toutefois un ciel de qualité et un temps de pose conséquent en Luminance. Leur rendu sur l’image présentée ici doit beaucoup au temps consacré au traitement, mais le signal reste en réalité très faible sur ces extensions avec pourtant 5 heures de poses en Luminance…
Dans tous les cas, il peut être utile de compléter les acquisitions LRGB par une couche de Ha, afin de rehausser les régions HII dans les bras spiraux de la galaxie.
Depuis la France métropolitaine, M63 passe quasiment au zénith lors des mois de mars/avril. Il est donc recommandé de profiter de son passage au plus haut dans le ciel pour réaliser les acquisitions afin de limiter la turbulence et d’optimiser la transparence en vue d’obtenir les détails les plus fins.
Attention toutefois, lors du passage au zénith, le pare buée de l’instrument ne remplit plus son rôle ! Il est donc impératif de prévoir des résistances chauffantes afin de limiter le dépôt d’humidité éventuel.
M63 est assez lumineuse et contrastée pour recourir efficacement à la technique du « Lucky Imaging » afin d’espérer capter des détails très fins dans les bras spiraux. Cette technique, inspirée de l’imagerie planétaire, consiste à réaliser un nombre extrêmement important de pose très courtes afin de ne conserver que les « quelques » centaines ou milliers de meilleures brutes lors de l’empilement. Compte-tenu de la courte durée des poses (1s voire moins), cette technique suppose de disposer d’un télescope d’un diamètre conséquent (250mm et plus) et d’une caméra refroidie disposant d’un bruit de lecture très faible. Les dernières générations de caméras CMOS font en ce sens des merveilles. En profitant d’un ciel calme, cette technique permet de « figer » la turbulence et ainsi d’espérer obtenir un gain en résolution par rapport à une image « classique » en poses longues, au détriment cependant d’une détectivité comparable dans le fond de ciel. Autrement dit, inutile d’espérer avec cette technique faire ressortir le halo et les extensions les plus ténues ; mais de beaux détails peuvent être obtenus dans le bulbe central et les bras spiraux de la galaxie.
Une focale importante permet de réaliser une véritable plongée au sein de la structure complexe et atypique de M63. Avec un traitement efficace, il est possible de mettre en évidence une myriade de détails très subtils dans les bras spiraux.
Autre défi possible : la mise en avant des extensions les plus ténues, comme celles de l’image présentée ici. Faire apparaitre ces extensions constitue un défi à la fois quant à la qualité des acquisitions mais surtout quant à la maitrise du traitement d’image !
Pour les prises de vues « rapprochées » ou classiques de M63, qui visent à mettre en valeur au mieux les très nombreux détails des bras spiraux, un traitement classique et simple est recommandé.
Un tri des brutes pour réaliser une sélection des meilleures images de Luminance sur le critère de la FWHM permet d’optimiser la finesse des détails sur l’image empilée. L’outil SubframeSelector de Pixinsight permet de réaliser un tri rapide et efficace sur la base de critères définis par l’utilisateur. Sur l’image présentée, j’ai procédé à un tri en ce sens pour améliorer l’aspect des étoiles et essayer de gagner des détails dans les bras spiraux : à titre indicatif, 45 images sur 60 ont été retenues. Plus la sélection est stricte, plus la finesse est améliorée, mais il convient de trouver un équilibre avec le bruit et donc de retenir un nombre suffisamment d’images pour l’empilement (le bruit diminue en fonction de la racine carrée du nombre d’images empilées)… une image très fine mais très bruitée ne sera pas plus exploitable !
Une montée d’histogramme classique (logarithme + montée fine), associée à une réduction de bruit mesurée, donnent de très bons résultats ; en préservant également l’aspect des étoiles. L’essentiel du traitement va consister sur l’étape de rehaussement des détails. Une étape préalable à la montée d’histogramme est d’appliquer un process de déconvolution de l’image. Attention toutefois, cette opération peut être assez périlleuse et conduire à des résultats contre-productifs si elle n’est pas correctement paramétrée et dosée…
Une fois la montée d’histogramme réalisée, il est possible de pousser plus encore la mise en valeur des détails au moyen du process HDRMultiscaleTransform sous Pixinsight. Sous Photoshop, l’outil « Local Contrast Enhancement » de AstronomyTools permet d’obtenir un résultat à peu près équivalent, sous réserve de réaliser des masques de fusion adéquats et progressifs. Cette fonctionnalité donne surtout de bons résultats dans les zones de poussières sombres afin d’en relever le contraste.
Si le but est de mettre en valeur les extensions ténues autour de la galaxie, la manière d’aborder le traitement change radicalement.
La première différence est qu’il est recommandé d’empiler le maximum de brutes disponibles et d’un rapport signal sur bruit homogène. Plus de tri donc sur la FWHM, car c’est avoir le maximum de signal sur les extensions qui importe désormais, et pas la finesse de l’image (ces extensions ne présentant aucun détails prononcé).
Ensuite, il n’est pas possible de procéder à une montée d’histogramme classique jusqu’à obtenir une belle mise en valeur des extensions, car la luminosité de celles-ci est très faible et proche des valeurs du fond de ciel. Une telle montée conduit invariablement à une galaxie et des étoiles sursaturées, et à devoir couper brutalement les niveaux bas dans le fond de ciel. Il en résulte une image d’aspect très altéré, avec un fond de ciel trop noir, des étoiles trop grosses, une galaxie trop brillante et sans détails, le tout sans réelles zones de transition entre le fond de ciel et les premières extensions… L’exemple même de ce qu’on appelle souvent une image « brutale » ou « sur-traitée ». Par ailleurs, trop tirer sur l’histogramme pour faire ressortir le halo entraine de manière assez inévitable un empâtement des détails dans la galaxie et une perte de zone de transition acceptable entre la galaxie et le halo ; ce qui donne un effet de « collage » très artificiel entre les deux composantes.
Il faut donc procéder plus en finesse et par petites touches successives jusqu’à trouver le bon équilibre.
La première étape est de privilégier une montée d’histogramme qui permette de mieux exploiter la dynamique globale de l’image, par exemple au moyen des process MaskedStrech ou ArcsinhStretch. Les extensions seront plus simples à faire ressortir du fond de ciel après une telle montée d’histogramme. A noter que l’image RGB doit également être traitée de la même manière afin de préserver au maximum les couleurs… il ne faut cependant pas espérer beaucoup de nuances dans les extensions…
L’image « de base », ainsi obtenue doit déjà être relativement équilibrée et présenter une dynamique globale acceptable : des extensions présentes, un fond de ciel et des étoiles corrects, une galaxie lumineuse. Dans le cas contraire, il est préférable de renouveler l’opération pour aboutir à une image acceptable, car les traitements ultérieurs vont chercher à améliorer chacun de ces aspects, mais ne pourront pas les modifier du tout au tout !
Il est ensuite indispensable de créer plusieurs masques différents, afin d’appliquer des traitements localisés :
A noter que sur les masques de luminosité, il est possible de soustraire le masque d’étoiles, afin de ne conserver que les zones de la galaxie et des extensions, sans affecter les étoiles lors des traitements suivants.
A noter que l’essentiel des traitements suivants vont être réalisés exclusivement sur l’image de Luminance.
A mon sens, cette phase de création de masques est la plus complexe : de bons masques, adaptés et progressifs, permettront des traitements simplifiés et efficaces ; alors que des masques approximatifs vont dégrader l’image (création d’artefacts, de zones de transition brutales, halos d’étoiles renforcés, etc.). Il convient donc d’y passer le temps nécessaire et ne pas hésiter, au fur et à mesure des traitements, à actualiser ces masques. Attention également à ne pas « créer » de l’information avec ces masques (par exemple en conservant des zones de fond de ciel dans le masque de halo) !
La première étape est de mettre en valeur les détails sur la galaxie, grâce au masque de luminosité de la galaxie.
La seconde étape, de loin la plus délicate, est de mettre en valeur le halo et les extensions. Je recommande de procéder à des ajustements minimes et successifs avec le masque dédié et l’outil « courbes » ; en montant très progressivement les niveaux. Attention, cela implique un masque parfaitement adapté et très progressif (avec le cas échéant un léger floutage du masque), à défaut de quoi les modifications se voient immédiatement. Il est donc parfois nécessaire de refaire un masque adapté après chaque modification ; ce qui est particulièrement chronophage et complexe à réaliser puisque cette opération peut demander plus d’une dizaine d’ajustements successifs pour parvenir à un résultat…
Une difficulté supplémentaire, outre l’ajustement de la luminosité du halo, est de veiller à conserver des zones de transition parfaitement cohérentes, d’une part avec le fond de ciel et, d’autre part, avec les bras spiraux de la galaxie. Cette difficulté est encore accentuée sur M63 où le halo n’est pas réparti de manière homogène autour des bras spiraux, comme on peut le constater sur l’image présentée (notamment au niveau de la petite « arche » sur la droit de la galaxie, où plusieurs niveaux successifs de halos se superposent).
A chaque étape, il convient également de veiller à ce que le bruit dans le halo reste acceptable, et procéder si besoin à une (très) légère réduction de bruit avec le même masque.
Si à un quelconque moment la luminosité du halo semble trop s’approcher de la luminosité de la galaxie, il faut procéder à un ajustement du niveau de luminosité de cette dernière avec le masque de la galaxie et le même outil « courbes ».
La troisième étape est la gestion des autres aspects plus habituels : aspect des étoiles et réduction du bruit dans le fond de ciel.
La quatrième étape est la préparation de l’image RGB (notamment avec l’intégration éventuelle de la couche Ha, et en veillant à limiter au maximum le bruit chromatique habituellement très présent dans les basses valeurs) et la fusion avec la luminance pour parvenir à l’image LRGB. Le script LRVB_AIP est parfait pour réaliser cette opération.
Enfin, la dernière étape, sur l’image LRGB, consiste à vérifier la cohérence de la dynamique globale de l’image et de s’assurer que les zones de transition sont imperceptibles. Il est beaucoup plus simple pour réaliser cette étape finale sous Photoshop et de gérer les différentes parties de l’image (fond de ciel, étoiles, halos, galaxie) sous la forme de différentes couches, en les fusionnant avec des masques de fusion adaptés et en jouant sur la transparence de chaque calque.
Le but, et toute la difficulté de l’opération, est de parvenir à assembler ces différentes couches en conservant à l’image l’aspect le plus naturel possible. Attention en ce sens à ce que la luminosité du halo ne soit pas trop proche de celle de la galaxie ; ce qui ne reflèterait pas la réalité physique de l’objet.
Je consacrerais beaucoup plus de temps à l’acquisition des couches couleurs. Avec seulement 30 minutes de pose par couche RGB, il m’a été très difficile de mettre en valeur correctement sur cette image les couleurs pourtant riches de M63.
Cette difficulté a bien sûr été amplifiée par le choix de traitement de faire ressortir au maximum les extensions de la galaxie, ce qui oblige à une montée d’histogramme plus agressive, à des luminosités plus prononcées et, donc, à des couleurs plus estompées…
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