¿Cómo se colorean las imágenes del telescopio web?

La imagen en blanco y negro de la nebulosa contrasta con la imagen a todo color, fruto del trabajo de procesado realizado por los científicos.

A la izquierda hay una imagen monocromática que muestra datos infrarrojos de Webb de la Nebulosa del Anillo Sur. A la derecha hay una imagen procesada que muestra la misma vista a todo color.
imagen: Gizmodo / NASA, ESA, CSA y STScI

El 12 de julio, un Las primeras fotos a todo color. Desde el Telescopio Espacial Webb mostró innumerables nebulosas gaseosas, galaxias y exoplanetas como nunca antes. Pero Webb solo capta luz infrarroja e infrarroja cercana, que el ojo humano no puede ver. ¿De dónde vienen estos maravillosos colores?

A los desarrolladores de imágenes del equipo de Webb se les ha encomendado convertir los datos de imágenes infrarrojas del telescopio en algunas de las vistas más nítidas del universo que jamás hayamos visto. Asignan diferentes longitudes de onda infrarrojas a los colores del espectro visible, los conocidos rojo, azul, amarillo, etc., pero aunque las imágenes procesadas del equipo web no son Literalmente Lo que vio el telescopio, no son inexactos.

“Una cosa que he estado tratando de cambiar en las opiniones de las personas es dejar de apegarse a la idea de ‘¿Es así como se vería si pudiera volar en una nave espacial y mirarlo?'” Joe DiPasquale dijo. Desarrollador sénior de imágenes de datos en el Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial, en una llamada telefónica con Gizmodo: “No le preguntes a un biólogo si de alguna manera puedes encoger una célula y observar el coronavirus”.

Las imágenes MIRI (izquierda) y NIRCam (derecha) del campo profundo SMACS 0723 muestran cómo el espacio de las dos imágenes es diferente.

web Primeras fotos de prueba Ayude a verificar la alineación del espejo y recoger un archivo Toma naranja de la Gran Nube de Magallanes. Esas primeras tomas no eran fotografías en color representativas; Uno usó un filtro monocromático (su imagen era en escala de grises) y el otro solo tradujo la luz infrarroja en rangos de colores visibles del rojo al amarillo, para que el equipo pudiera ver algunas de las características de la nube que fotografiaron. Pero ahora, con el telescopio en funcionamiento, las imágenes que se liberan están llenas de colores brillantes, como este último. Una imagen de una galaxia de rueda de carro.

La astronomía a menudo se realiza fuera del espectro visible, porque muchas de las cosas 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 roja visible pero más cortas que las microondas.

La luz infrarroja puede penetrar densas nubes de gas y polvo en el espacio, lo que permite a los investigadores ver secretos del universo previamente ocultos. Lo que a los científicos les interesa particularmente es que la luz del universo primitivo se expandió a medida que el universo se expandía, lo que significa que lo que alguna vez fue luz ultravioleta o visible ahora puede ser infrarroja (lo que se conoce como luz “roja”).

Un gráfico que muestra cómo las ondas infrarrojas son ligeramente más largas que las ondas de luz visible, lo que las hace más rojas que la luz visible más roja.

“Estas son herramientas que hemos diseñado para extender el poder de nuestra visión, para ir más allá de lo que nuestros ojos pueden hacer para ver una luz que no afecta a nuestros ojos y para resolver cosas que podríamos ver usando los ojos”, DiPasquale dijo. “Trato de resaltar la mayor cantidad de detalles, la riqueza del color y la complejidad inherente a los datos sin cambiar nada en realidad”.

Las imágenes sin procesar de Webb están llenas de datos que deben minimizarse 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 web antes de terminar de procesar el trabajo, se verá como un rectángulo negro salpicado de algunos puntos blancos.

La imagen inicial de la Nebulosa Carina vista por NIRCam es mayormente negra para el ojo humano, con algunas manchas blancas de algunas fuentes de luz.  Obviamente, la luz infrarroja no puede ser vista por el ojo humano.

Una imagen sin procesar de la Nebulosa Carina vista por NIRCam, antes de que la luz infrarroja se traduzca en longitudes de onda visibles.
imagen: Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial

Los acantilados cósmicos de la Nebulosa Carina son de un vibrante color óxido contra el azul profundo del gas ionizado y el espacio profundo.

“Creo que hay algunas connotaciones que van junto con ‘color’ o ‘color incorrecto’ de que hay algunos procesos en los que elegimos colores arbitrariamente para crear una imagen en color”, dijo DePasquale. “Color analógico es el término más preferido para el tipo de trabajo que hacemos, porque creo que incluye el trabajo que hacemos para traducir la luz para crear una imagen en color real, pero en un rango de longitud de onda al que nuestros ojos no son sensibles”.

A las longitudes de onda infrarrojas más largas se les asignan colores rojos, ya las longitudes de onda infrarrojas más cortas se les asignan colores más azules. (La luz azul y violeta tienen las longitudes de onda más cortas dentro del espectro visible, mientras que el rojo tiene la más larga). El proceso se denomina ordenación cromática 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 y luego aplican un color que es lo más cercano a lo que pensamos que será en la [visible] Alyssa Pagan, desarrolladora de visualización científica en el Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial, en una llamada telefónica con Gizmodo.

La disposición cromática también depende de los elementos representados. Pagan sugiere que cuando se opera en longitudes de onda de banda estrecha en luz óptica (oxígeno, hidrógeno ionizado y azufre), ambos emiten rojo. Entonces, el hidrógeno podría convertirse en una luz verde visible, para brindarle al espectador más información.

“Es un equilibrio entre el arte y la ciencia, porque quieres mostrar la ciencia y las funciones, y a 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 de que se lanzara el 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 de la gravedad permiten que la nave permanezca en su lugar sin quemar demasiado combustible.

El telescopio se desbloqueó en su camino a L2, por lo que una vez que esté allí, los científicos de la misión pueden comenzar a alinear los espejos del observatorio de $ 10 mil millones y encender sus instrumentos. El telescopio contiene cuatro instrumentos: una cámara de infrarrojo cercano (NIRCam), un espectrómetro de infrarrojo cercano, un instrumento de infrarrojo medio (MIRI), un sensor de guía de precisión y un espectrómetro sin corte para señalar objetivos con precisión y caracterizar las atmósferas. de exoplanetas.

Grandes 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. Por otro lado, MIRI puede observar discos de material que darán paso a planetas, así como polvo calentado por la luz de las estrellas.

Cuando se compilan las imágenes del telescopio, los procesadores de imágenes trabajan con los científicos de instrumentos para determinar qué características de un objeto en particular deben resaltarse en la imagen: su gas caliente, tal vez, o su cola fría y polvorienta.

Pentagrama húngaro visto en tres filtros de infrarrojo medio.  En el infrarrojo medio, las galaxias de enfoque son predominantemente violetas, mientras que las galaxias de fondo son una combinación de rojo, amarillo y azul.

Cuando Webb fotografió el Quinteto de Stephan, un cúmulo visible de cinco galaxias, el producto final fue una imagen de 150 millones de píxeles formada por 1000 imágenes tomadas tanto por MIRI como por NIRCam. Cuando solo ves a MIRI, el polvo caliente se apodera de 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 finalmente las vemos, ricas en color y significado cósmico. En el caso de la toma de barrido de las laderas cósmicas de la Nebulosa Carina, varios filtros han capturado gas ionizado azul y polvo rojo. En las pasadas iniciales de la imagen de la nebulosa, el gas oscureció la estructura del polvo, dijo Pagan, y los científicos le pidieron al equipo de procesamiento de imágenes que “ablandara un poco el gas”.

Reunir 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 otro monstruo.

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