Fotografía cósmica, más que una imagen del Universo

Andrea Farias Escalera

El telescopio espacial Hubble es famoso por sus espectaculares imágenes de nuestro Universo. Pero ¿cómo se procesan exactamente esas imágenes a partir de los datos que recopila? Te lo cuento.

Como fotógrafo cósmico durante 33 años, el telescopio espacial de la NASA Hubble ha tomado más de un millón de imágenes instantáneas que documentan un segmento del Universo. Estas imágenes sin duda tienen una función científico-ilustrativa, explicativa y didáctica, sin embargo, es inevitable no impresionarse, conmoverse e inspirarse con su majestuosidad. Pero, te sorprenderá saber que pueden no coincidir con lo que veríamos a simple vista, si saliéramos en un viaje turístico-espacial a explorar el basto espacio exterior.

La luz es una onda electromagnética que viaja libremente en el espacio. Su longitud de onda depende de la cantidad de energía y tiene una variabilidad casi infinita. El ojo humano puede observar solo un rango restringido conocido como "luz visible". Los rangos perceptibles para el ojo humano tienen diferentes nombres por ejemplo: rayos gamma, rayos X, infrarrojo, microondas, ondas de radio, entre otros. Sin embargo, todas son ondas electromagnéticas con diferente calidad de energía. Los telescopios espaciales como el Hubble y el Webb "observan" distintos rangos del espectro electromagnético: el Hubble en el visible, algo de infrarrojo y ultravioleta y el Webb en amplio rango del infrarrojo. Imagen: twitter.com

Ello se debe a que el Hubble observa la luz más allá de nuestra capacidad y sensibilidad. Nuestros ojos -por más evolucionados e increíbles que nos parezcan en su diseño-, solo perciben una pequeña fracción de la luz del Universo llamada el espectro visible, que contiene todos los colores del arcoíris. Fuera de ese espectro, las longitudes de onda mayores o menores son completamente imperceptibles y son justo esas longitudes de onda las que pueden brindar mucha más información sobre el Cosmos.

El telescopio espacial Hubble contiene seis instrumentos científicos con capacidad de obtener imágenes y espectros en diferentes longitudes de onda, y juntos, logran expandir nuestra visión del Universo hacia lo que conocemos como el infrarrojo o el ultravioleta. Esto no significa que el Hubble pueda mostrarnos “colores nunca antes vistos”. De hecho, el telescopio solo puede “ver” en blanco y negro y toda la escala de grises, lo que permite detectar aquellas diferencias sutiles en la intensidad de la luz. De esta manera, sí una longitud de onda es más brillante que otra, eso indica algo subyacente para estudiar sobre el objeto astronómico observado. Sin embargo, debido a que los colores ayudan a los humanos a interpretar lo que observamos, los especialistas de la NASA, a partir de los datos obtenidos, procesan y colorean las imágenes del Hubble que posteriormente se publican en diferentes plataformas de comunicación, brindando representaciones que son más vistosas, accesibles y sin duda espectaculares.

Procesamiento de imágenes del Hubble. La imagen final de la Nebulosa del Cangrejo es un mosaico ensamblado a partir de 24 exposiciones individuales capturadas en octubre de 1999, enero de 2000 y diciembre de 2000. Los colores de la imagen son representativos e indican los diferentes elementos que fueron expulsados durante la explosión de la estrella que le dio origen.

Cuando el Hubble captura una imagen, coloca un filtro delante de su detector, ello permite seleccionar el paso de longitudes de onda específicas: los filtros de banda ancha dejan entrar una amplia gama de luz, mientras que los de banda corta son más selectivos pudiendo aislar la luz de elementos químicos individuales como el hidrógeno, el oxígeno y el azufre. Entonces, el Hubble observa el mismo objeto astronómico múltiples veces usando diferentes filtros cada vez. Después, los procesadores de imágenes asignan un color a cada una de estas observaciones, basándose en la longitud de onda filtrada, donde: la más larga será roja, la mediana verde y la más corta azul, en correspondencia a los sensores de luz en nuestros ojos. Posteriormente, estas imágenes se empalman y la combinación da lugar a una representación en color que resalta y muestra características interesantes, que no es posible distinguir en blanco y negro.El rojo, el verde y el azul son los colores primarios de la luz. Cuando se mezclan, pueden recrear casi cualquier color visible para el ojo humano. Así es como los televisores, los monitores de computadora y las cámaras de video recrean los colores para mostrar una imagen (RGB).

 Imágenes del telescopio espacial Hubble en el espectro visible vs. infrarrojo y ultravioleta. Imagen: @nassahubble

Adicionalmente a los filtros de color, se usan los sensores de luz infrarroja o ultravioleta. Agregar color o el resultado de estos sensores, revela la ciencia detrás de cada imagen y en algunas ocasiones suma información que bajo un solo filtro no existía. Por ejemplo, las imágenes de banda corta resaltan la concentración de elementos químicos importantes como el oxígeno, el azufre o el hidrógeno. Las imágenes en infrarrojo son como mapas térmicos, que ayudan a detectar estrellas recién nacidas en la oscuridad, nubes de polvo e incluso mirar hacia atrás en el tiempo y el espacio para obtener datos sobre el origen del Universo. En ultravioleta, se descubren auroras activas en Júpiter y nos muestra cómo se forman y evolucionan las estrellas jóvenes y masivas, a partir del gas y polvo cósmicos para formar galaxias.

Pero incluso los mejores fotógrafos son saboteados y el Hubble no es la excepción. Los “colados” en la foto suelen ser asteroides, naves espaciales o las estelas de escombros y las partículas de alta energía llamadas rayos cósmicos. Aunque estos no pueden corregirse, hay otros que sí. Los procesadores de imagen son los encargados de limpiar los artefactos: firmas en una imagen que no son producidas por el objetivo observado, que corresponden a reflejos de estrellas brillantes o que provienen del entorno dinámico del espacio. Los artefactos pueden dejar formas extrañas o devolver imágenes “veladas”. También sucede que a medida que los sensores envejecen, algunos píxeles se vuelven imperfectos y devuelven demasiada carga eléctrica o no la suficiente. Estos efectos se pueden calibrar y eliminar, mediante la combinación y alineación de múltiples observaciones que los procesadores de imágenes identifican y colocan juntas, dando lugar a una imagen libre de artefactos.

Imágenes del Hubble con diferentes artefactos antes de ser procesadas

Sin procesamiento, diversas imágenes del Hubble se dividirían por la mitad. Esta línea, llamada brecha de chip, es el pequeño espacio entre algunos sensores de la cámara. El Hubble se mueve ligeramente con cada observación, lo que permite que los procesadores de imágenes llenen el espacio y reemplacen los píxeles defectuosos; esta técnica se conoce como tramado. Y debido a que no existe un hacia arriba o hacia abajo en el espacio, los procesadores también deciden cómo rotar y enmarcar la imagen final. Así, una imagen del Cosmos va más allá de un “click” telescópico, el procesamiento es un método laborioso que lleva su tiempo. Las imágenes simples tardan alrededor de una semana, mientras que los mosaicos grandes, integrados a partir de múltiples observaciones, pueden llevar un mes o más.

Las imágenes del Hubble pueden no ser la instantánea perfecta o lo que veríamos de primera mano, pero sin duda son herramientas para comprender la ciencia detrás de algunos puntos de nuestro Universo, que de otra manera serian invisibles. La astronomía de longitudes de onda múltiples, como se conoce a esta área científica, ha permitido obtener cada vez mayor y mejor información de objetos celestes que han sido visualizados por siglos y descubrir cómo evolucionan, sus dinámicas, lo que sucede en galaxias, estrellas, nebulosas, remanentes de supernovas, etc. Ahora, con el telescopio espacial James Webb, se abre literalmente un universo de información hacia el infrarrojo -que es el que nos permite ir hacia el pasado-, hasta 200 millones de años después del Big Bang y escudriñar sobre los orígenes del Cosmos.

Referencias

• https://www.nasa.gov/mission_pages/hubble/multimedia/index
• https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/hubble_acs20_stsci-01fx61jcsbpe1ts39jc4x1kccd.png 
• https://hubblesite.org/contents/media/images/4518-Image

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