Come sono colorate le immagini del telescopio Webb?

Un'immagine in bianco e nero della nebulosa è in contrasto con un'immagine a colori, il risultato del lavoro di elaborazione degli scienziati.

Sulla sinistra c’è un’immagine monocromatica che mostra i dati a infrarossi di Webb della Nebulosa dell’Anello Meridionale. Sulla destra c’è un’immagine elaborata che mostra la stessa vista a colori.
Immagine:: Gizmodo/NASA, ESA, CSA e STScI

Il 12 luglio le prime immagini a colori Il telescopio spaziale Webb ha rivelato innumerevoli nebulose, galassie e un esopianeta gassoso come mai prima d’ora. Ma il Web raccoglie solo luce infrarossa e infrarossa vicina che l’occhio umano non può vedere, quindi da dove vengono questi splendidi colori?

I processori di immagine del team Webb hanno il compito di trasformare i dati dell’immagine a infrarossi del telescopio nelle viste più luminose dello spazio che abbiamo mai avuto. Assegnano diverse lunghezze d’onda dell’infrarosso ai colori dello spettro visibile, ai familiari rossi, blu, gialli, ecc. Ma anche se le immagini sviluppate dal team Webb non lo sono letteralmente ciò che il telescopio ha visto, è improbabile che siano accurati.

“Qualcosa su cui ho cercato di far cambiare idea alle persone è smettere di rimanere bloccati dall’idea di ‘Come sarebbe se potessi volare lassù in un’astronave e guardarla'”, ha detto Joe DePasquale. : imager di dati senior presso lo Space Telescope Science Institute in una conversazione telefonica con Gizmodo. “Non chiedi a un biologo se puoi in qualche modo ridurre le dimensioni di una cellula e guardare il coronavirus”.

Le immagini in campo profondo MIRI (a sinistra) e NIRCam (a destra) di SMACS 0723 mostrano come differiscono le immagini dei due strumenti.

Webby prime immagini di prova ha aiutato a controllare l’allineamento dei suoi specchi e l’ha catturato Uno scatto dai toni arancioni della Grande Nube di Magellano. Quelle prime fotografie non erano immagini a colori rappresentative; Uno utilizzava un filtro monocromatico (la sua immagine era in scala di grigi), mentre l’altro traduceva semplicemente la luce infrarossa in bande di colore visibili rosso-gialle in modo che il team potesse vedere alcune delle caratteristiche delle nuvole che avevano immaginato. Ma ora che il telescopio è attivo e funzionante, le immagini rilasciate sono piene di colori brillanti, come questa recente Ritratto della galassia della ruota di carro.

L’astronomia viene spesso svolta al di fuori dello spettro visibile, poiché molti degli oggetti più interessanti dell’universo brillano brillantemente nell’ultravioletto, nei raggi X e persino nelle onde radio (la categoria in cui cade la luce dipende dalla lunghezza d’onda del fotone). Il telescopio Webb è progettato per vedere la luce infrarossa, che ha una lunghezza d’onda più lunga della luce rossa visibile ma più corta delle microonde.

La luce infrarossa può penetrare nello spazio nubi spesse di gas e polvere, consentendo ai ricercatori di vedere i segreti precedentemente nascosti dell’universo. Di particolare interesse per gli scienziati è che la luce nell’universo primordiale è stata allungata man mano che l’universo si espande, il che significa che quella che era la luce ultravioletta o visibile ora può essere infrarossa (quella che è nota come luce “spostata verso il rosso”).

Un grafico che mostra come le onde infrarosse siano leggermente più lunghe delle onde luminose visibili, rendendole più rosse della luce visibile più rossa.

“Questi sono strumenti che abbiamo progettato per estendere i nostri poteri visivi, per andare oltre ciò che i nostri occhi possono fare per vedere la luce a cui i nostri occhi non sono sensibili e per risolvere oggetti che probabilmente possiamo vedere solo attraverso i nostri occhi. : occhi”, ha detto DePasquale. “Sto cercando di far emergere il massimo dettaglio e la massima ricchezza del colore e della complessità insita nei dati senza in realtà modificare nulla”.

Le immagini grezze di Webb sono così dense di dati che devono essere ridimensionate prima di poter essere convertite in luce visibile. Le immagini devono anche essere ripulite da artefatti come raggi cosmici e riflessi di stelle luminose che colpiscono i rivelatori del telescopio. Se guardi l’immagine di Webb prima dell’elaborazione, sembrerà un rettangolo nero coperto da alcuni punti bianchi.

L'immagine grezza della nebulosa Carina vista dalla NIRCam è per lo più nera per l'occhio umano, con alcune macchie bianche da alcune fonti di luce.  È chiaro che la luce infrarossa non può essere vista dall'occhio umano.

Un’immagine grezza della nebulosa Carina vista da NIRCam prima che la luce infrarossa venga convertita in lunghezze d’onda visibili.
Immagine:: Istituto Scientifico del Telescopio Spaziale

Le rocce spaziali della Nebulosa Carina sono di un brillante color ruggine contro il gas ionizzato e il blu profondo dello spazio profondo.

“Penso che ci siano alcune connotazioni che vanno con ‘colorare’ o ‘falsi colori’, il che implica che c’è una sorta di processo in corso in cui scegliamo arbitrariamente i colori per creare un’immagine a colori”, ha detto DePasquale. “Il colore rappresentativo è il termine preferito per il tipo di lavoro che svolgiamo perché penso che includa il lavoro che facciamo per tradurre la luce per creare un’immagine a colori reali, ma nella gamma di lunghezze d’onda a cui i nostri occhi sono sensibili.” non sono sensibili. »

Alle lunghezze d’onda dell’infrarosso più lunghe vengono assegnati colori più rossi e alle lunghezze d’onda dell’infrarosso più corte vengono assegnati colori più blu. (La luce blu e viola ha le lunghezze d’onda più corte nello spettro visibile, mentre il rosso ha la più lunga.) Il processo è chiamato ordinamento cromatico e lo spettro è suddiviso in tutti i colori necessari al team per catturare l’intero spettro della luce dell’immagine. l’immagine.

“Abbiamo filtri sugli strumenti che raccolgono determinate lunghezze d’onda della luce, a cui poi applichiamo un colore più vicino a quello che pensiamo sarà la luce. [visible] spettro”, ha detto al telefono a Gizmodo Alyssa Pagan, un’imager scientifica dello Space Telescope Science Institute.

La disposizione cromatica dipende anche da quali elementi sono rappresentati. Lavorando con onde luminose ottiche a banda stretta – ossigeno, idrogeno ionizzato e zolfo – Pagan suggerisce che le ultime due emettano rosso. Quindi l’idrogeno può passare alla luce visibile verde per fornire maggiori informazioni allo spettatore.

“È un equilibrio tra arte e scienza perché vuoi mostrare la scienza e le caratteristiche, e a volte queste due cose non funzionano necessariamente insieme”, ha aggiunto Pagan.


Le prime immagini a colori rappresentative di Webb sono state rilasciate il 12 luglio, più di sei mesi dopo il lancio del telescopio dalla stazione spaziale ESA nella Guyana francese. Da lì, Webb ha viaggiato per quasi un milione di miglia fino a L2, un punto nello spazio in cui gli effetti gravitazionali consentono al veicolo spaziale di rimanere sul posto senza bruciare grandi quantità di carburante.

Il telescopio è stato aperto sulla strada per L2, quindi una volta lì, gli scienziati della missione hanno potuto iniziare ad allineare gli specchi dell’osservatorio da 10 miliardi di dollari e a commissionare i suoi strumenti. Il telescopio ha quattro strumenti: una fotocamera nel vicino infrarosso (NIRCam), uno spettrografo nel vicino infrarosso, uno strumento nel medio infrarosso (MIRI) e un puntatore di regolazione fine e uno spettrografo senza fenditura per individuare i bersagli e caratterizzare le atmosfere degli esopianeti.

In alcune galassie e nebulose, grandi quantità di polvere sono trasparenti a NIRCam, consentendogli di catturare stelle più luminose a lunghezze d’onda più corte. MIRI, d’altra parte, può osservare dischi di materiale che lasceranno il posto ai pianeti, così come la polvere riscaldata dalla luce delle stelle.

Man mano che le immagini del telescopio vengono raccolte, i processori di immagini lavorano con gli scienziati dello strumento per determinare quali caratteristiche di un determinato oggetto devono essere evidenziate nell’immagine;

Il Pentateuco Galattico visto in tre filtri nel medio infrarosso.  Nel medio infrarosso, una tonalità viola domina le galassie centrali, mentre le galassie di fondo sono una raccolta di rossi, gialli e blu.

Quando Webb ha immaginato il quintetto di Stefan, un raggruppamento visivo di cinque galassie, il prodotto finito era un’immagine di 150 milioni di pixel composta da 1.000 immagini scattate da MIRI e NIRCam. Ma come si vede da MIRI, l’immagine è dominata dalla polvere calda. Sullo sfondo delle immagini MIRI, galassie lontane brillano in diversi colori. DePasquale ha detto che il team li chiama “skeeter”.

DePasquale e Pagan hanno contribuito a creare le immagini Webb come le avremmo poi viste, ricche di colore e senso cosmico. In questo ampio scatto delle rocce spaziali della Nebulosa Carina, vari filtri hanno catturato gas blu ionizzato e polvere rossa. Nei passaggi iniziali dell’immagine della nebulosa, con il gas che oscurava la struttura della polvere, gli scienziati hanno chiesto al team di imaging di “rallentare un po’ il gas”, ha detto Pagan.

Raccogliere luce in specchi esagonali è solo metà della battaglia quando si tratta di vedere l’universo lontano. Tradurre quello che c’è è tutta un’altra bestia.

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