El 12 de julio, el primeras imágenes a todo color del Telescopio Espacial Webb mostró innumerables nebulosas, galaxias y un exoplaneta gaseoso como nunca antes se habían visto. Pero Webb solo capta luz infrarroja e infrarroja cercana, que el ojo humano no puede ver, entonces, ¿de dónde provienen estos magníficos colores?
Los desarrolladores de imágenes del equipo de Webb tienen la tarea de convertir los datos de imágenes infrarrojas del telescopio en algunas de las vistas más vívidas del cosmos que jamás hayamos tenido. Asignan varias longitudes de onda infrarrojas a los colores del espectro visible, los familiares rojos, azules, amarillos, etc. Pero aunque las imágenes procesadas del equipo de Webb no son literalmente lo que vio el telescopio, no son inexactos.
“Algo sobre lo que he estado tratando de cambiar la opinión de la gente es que dejen de obsesionarse con la idea de ‘¿es así como se vería si pudiera volar en una nave espacial y mirarlo?’”, dijo Joe DePasquale, un desarrollador senior de imágenes de datos en el Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial, en una llamada telefónica con Gizmodo. “No le preguntas a un biólogo si de alguna manera puedes reducirte al tamaño de una célula y observar el coronavirus”.
de Webb Imágenes de primera prueba ayudó a verificar la alineación de sus espejos y capturó una toma teñida de naranja de la Gran Nube de Magallanes. Esas primeras instantáneas no eran imágenes en color representativas; uno usó un filtro monocromático (su imagen era en escala de grises) y el otro simplemente tradujo la luz infrarroja a las bandas de color visibles de rojo a amarillo, para que el equipo pudiera ver ciertas características de la nube que fotografiaron. Pero ahora, con el telescopio en funcionamiento, las imágenes que se liberan están llenas de colores brillantes, como esta reciente retrato de la Galaxia Cartwheel.
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La astronomía a menudo se realiza fuera del espectro visible, porque muchos de los objetos más interesantes en el espacio brillan intensamente en ultravioleta, rayos X e incluso ondas de radio (la categoría en la que cae la luz depende de la longitud de onda del fotón). El Telescopio Webb está diseñado para ver luz infrarroja, cuyas longitudes de onda son más largas que la luz visible roja pero más cortas que las microondas.
La luz infrarroja puede penetrar espesas nubes de gas y polvo en el espacio, lo que permite a los investigadores ver secretos del universo previamente ocultos. Especialmente intrigante para los científicos es que la luz del universo primitivo se ha estirado a medida que el universo se ha expandido, lo que significa que lo que alguna vez fue luz ultravioleta o visible ahora puede ser infrarroja (lo que se conoce como luz «desplazada hacia el rojo»).
“Estos son instrumentos que hemos diseñado para extender el poder de nuestra visión, para ir más allá de lo que nuestros ojos son capaces de hacer para ver la luz a la que nuestros ojos no son sensibles, y para resolver objetos que probablemente podamos ver solo con nuestra ojos”, dijo DePasquale. “Estoy tratando de resaltar la mayor cantidad de detalles y la mayor riqueza de color y complejidad que es inherente a los datos sin cambiar nada en realidad”.
Las imágenes en bruto de Webb están tan cargadas de datos que deben reducirse antes de que puedan traducirse a luz visible. Las imágenes también deben limpiarse de artefactos como rayos cósmicos y reflejos de estrellas brillantes que golpean los detectores del telescopio. Si observa una imagen de Webb antes de realizar el trabajo de procesamiento, se verá como un rectángulo negro salpicado de algunos puntos blancos.
“Creo que hay algunas connotaciones que van junto con ‘colorear’ o ‘color falso’ que implican que hay algún proceso en el que estamos eligiendo colores arbitrariamente para crear una imagen en color”, dijo DePasquale. “Color representativo es el término preferido para el tipo de trabajo que hacemos, porque creo que abarca el trabajo que hacemos de traducir la luz para crear una imagen de color real, pero en un rango de longitud de onda al que nuestros ojos no son sensibles. ”
A las ondas infrarrojas más largas se les asignan colores más rojos y a las longitudes de onda infrarrojas más cortas se les asignan colores más azules. (La luz azul y violeta tiene las longitudes de onda más cortas dentro del espectro visible, mientras que el rojo tiene la más larga). El proceso se denomina ordenamiento cromático y el espectro se divide en tantos colores como el equipo necesite para capturar el espectro completo de luz representado en la imagen.
“Tenemos filtros en los instrumentos que recolectan ciertas longitudes de onda de luz, a las que luego aplicamos un color que es más cercano a lo que pensamos que será en la pantalla. [visible] espectro”, dijo Alyssa Pagan, desarrolladora de imágenes científicas en el Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial, en una llamada telefónica con Gizmodo.
El orden cromático depende también de qué elementos se están fotografiando. Cuando se trabaja con longitudes de onda de banda estrecha en luz óptica (oxígeno, hidrógeno ionizado y azufre, sugiere Pagan), los dos últimos emiten en rojo. Entonces, el hidrógeno podría cambiar a luz verde visible, para brindarle al espectador más información.
“Es un equilibrio entre el arte y la ciencia, porque quieres exhibir la ciencia y las características, ya veces esas dos cosas no necesariamente funcionan juntas”, agregó Pagan.
Las primeras imágenes en color representativas de Webb se publicaron el 12 de julio, más de seis meses después del lanzamiento del telescopio desde un puerto espacial de la ESA en la Guayana Francesa. Desde allí, Webb viajó alrededor de un millón de millas hasta L2, un punto en el espacio donde los efectos gravitatorios permiten que las naves espaciales permanezcan en su lugar sin quemar mucho combustible.
El telescopio se desplegó en el camino a L2, por lo que una vez que estuvo allí, los científicos de la misión pudieron comenzar a alinear los espejos del observatorio de $ 10 mil millones y poner en marcha sus instrumentos. El telescopio tiene cuatro instrumentos: una cámara de infrarrojo cercano (NIRCam), un espectrógrafo de infrarrojo cercano, un instrumento de infrarrojo medio (MIRI) y un sensor de guía fina y un espectrógrafo sin ranura para apuntar objetivos con precisión y caracterizar atmósferas de exoplanetas.
Las voluminosas cantidades de polvo en algunas galaxias y nebulosas son transparentes para NIRCam, lo que le permite capturar estrellas brillantes en longitudes de onda más cortas. MIRI, por otro lado, puede observar discos de material que darán paso a planetas, así como polvo calentado por la luz de las estrellas.
Cuando se ensamblan las imágenes del telescopio, los procesadores de imágenes trabajan con los científicos de instrumentos para decidir qué características de un objeto determinado deben resaltarse en la imagen: su gas caliente, quizás, o una cola fría y polvorienta.
Cuando Webb fotografió el Quinteto de Stephan, una agrupación visual de cinco galaxias, el producto final fue una imagen de 150 millones de píxeles compuesta por 1000 imágenes tomadas tanto por MIRI como por NIRCam. Sin embargo, cuando MIRI lo ve, el polvo caliente domina la imagen. En el fondo de las imágenes MIRI, las galaxias distantes brillan en diferentes colores; DePasquale dijo que el equipo los llama «bolos».
DePasquale y Pagan ayudaron a crear las imágenes de Webb como las veríamos eventualmente, ricas en color y significado cósmico. En el caso de la toma de barrido de los acantilados cósmicos de la Nebulosa Carina, diferentes filtros capturaron el gas azul ionizado y el polvo rojo. En pasadas iniciales en la imagen de la nebulosa, el gas oscureció la estructura del polvo, los científicos le pidieron al equipo de procesamiento de imágenes que «bajara un poco el tono del gas», dijo Pagan.
Recoger la luz en los espejos hexagonales de Webb es solo la mitad de la batalla cuando se trata de ver el universo distante. Traducir lo que hay es otra bestia por completo.