La mayoría de las cámaras que utilizan los astrónomos funcionan en blanco y negro
Las fotos en color son el resultado de mezclar varias imágenes con programas como Photoshop
Una de las herramientas que más ha contribuido en las últimas décadas al avance de la Astronomía y el conocimiento del Universo es el telescopio espacial Hubble. Puesto en órbita en 1990, su historia no ha estado exenta de serios problemas técnicos que, afortunadamente, se han ido solventando con éxito.
Gracias a su espejo de 2,4 metros de diámetro, que actúa como un inmenso ojo que permite captar la luz procedente incluso de los objetos más lejanos y tenues, y al no verse afectado por las limitaciones técnicas que la atmósfera impone a los telescopios que operan desde tierra, Hubble nos ha permitido conseguir imágenes con una claridad jamás lograda. La imagen más icónica obtenida por este telescopio espacial es la de los denominados Pilares de la Creación, tomada en 1995. Este es el nombre con el que se ha bautizado a una zona de la Nebulosa del Águila, situada en la constelación de la Serpiente y a una distancia de la Tierra de casi 7.000 años luz (unos 66.000 billones de kilómetros).
Los Pilares de la Creación, fotografiados por el telescopio espacial Hubble en 1995 (derecha) y en 2005 (izquierda). Jeff Hester y Paul Scowen (Arizona State University). NASA/ESA.
Los tres pilares que aparecen en la fotografía son unas enormes columnas de gas y polvo que, al colapsar bajo la acción de su propia gravedad, están dando lugar a nuevos soles. Y, aunque se conocen otras muchas regiones del espacio en las que está teniendo lugar este mismo proceso de nacimiento de estrellas, la de los Pilares de la Creación es la imagen más impresionante e impactante que se ha tomado de una zona de este tipo. De hecho, ha aparecido en películas como Contact, en series de televisión como Star Trek y Babilon 5 y en algunos videojuegos. Pero, al margen de su fascinante belleza, esta imagen ha contribuido significativamente a mejorar nuestro conocimiento sobre cómo tiene lugar la formación de estrellas.
Hace unas semanas, 20 años después y como tributo a esa impresionante imagen, la NASA y la Agencia Espacial Europea (ESA) han tomado y hecho públicas nuevas imágenes de los Pilares de la Creación.
Las nuevas imágenes muestran con mucho mayor detalle las estructuras que aparecían en la fotografía inicial y han sido obtenidas con una nueva cámara denominada Wide Field Camera 3 (WFC3), instalada en el Hubble en mayo de 2009. Esta cámara sustituyó a la que obtuvo la imagen de 1995 y que se denominaba Wide Field and Planetary Camera 2 (WFPC2).
Imagen de la cámara WFC3 mientras estaba siendo preparada para ser cargada en el transbordador espacial Atlantis, que la llevaría hasta el telescopio espacial Hubble en mayo de 2009. NASA
Pero, ¿cómo se han obtenido estas imágenes? Y, por otra parte, ¿realmente reproducen fielmente lo que vería el ojo humano si pudiese contemplar por sí mismo estas estructuras? Para dar una respuesta a estas preguntas es necesario aclarar que la cámara WFC3 utiliza tres sensores diferentes para poder traducir en imágenes la luz que les llega. Éstos se denominan sensores CCD, acrónimo de charge-coupled device (dispositivo de carga acoplada).
Se trata de dispositivos sensibles a la luz que fueron inventados en el año 1969 y que décadas después cambiarían radicalmente el mundo de la fotografía. La tecnología CCD, que hizo a sus inventores merecedores delPremio Nobel de Física en el año 2009, ha supuesto toda una revolución, pues dejó obsoleta a la emulsión fotográfica y permitió dar el gran salto a la fotografía digital. Hoy en día estos sensores están presentes en cámaras fotográficas y de vídeo, así como entablets, smartphones y otros dispositivos de uso común.
Al disponer de tres de estos sensores CCD, la cámara WFC3 del telescopio Hubble puede considerarse realmente como una combinación de dos cámaras en una sola. Así, dos de los sensores funcionan con luz visible y ultravioleta (UVIS), mientras que el tercero es sensible a la luz infrarroja (IR). En el momento de adquirir una imagen, un operador decide a cuál de los dos canales disponibles (ultravioleta-visible o infrarrojo) irá la luz recogida por el espejo del telescopio espacial. Cada uno de ellos proporcionará una información diferente, aunque complementaria, del mismo objeto.
Empezando por los dos sensores que operan con luz visible y ultravioleta, cabe destacar que cada uno de éstos proporciona una resolución de 2048x4096 píxeles. Y, contrariamente a lo que de entrada se podría pensar, funcionan en blanco y negro, y no en color. De hecho, aunque parezca sorprendente, esto no sólo ocurre con la cámara del telescopio Hubble: la inmensa mayoría de las cámaras que utilizan los astrónomos funcionan en blanco y negro. De esta forma se consigue un aprovechamiento más óptimo de los sensores a la vez que se obtienen imágenes con mayor detalle y se pueden registrar con mayor facilidad los objetos más tenues.
Entonces, ¿cómo es posible que Hubble pueda obtener imágenes en color? Una imagen en color puede componerse mediante la mezcla de tres colores primarios: rojo, verde y azul. Combinando rojo, verde y azul en distintas intensidades podemos obtener una enorme gama de colores y, por ejemplo, en la pantalla de cualquier dispositivo electrónico el estado de cada píxel se define mediante la intensidad de estos tres colores individuales. Para poder aplicar este principio y obtener una imagen en color, la cámara WFC3 del Hubble utiliza un conjunto de 63 filtros que se van colocando, según convenga, frente a los sensores UVIS. Cada uno de estos filtros está diseñado para dejar pasar sólo un color determinado, bloqueando al resto.
Un filtro de un determinado color sólo deja pasar aquella luz que es de su mismo color. El resto de colores que componen la luz incidente son rechazados. NASA
Si, por ejemplo, se coloca un filtro de color rojo, al sensor sólo llegará la luz de ese color y se obtendrá (en blanco y negro) una imagen del objeto en la que se habrá conseguido aislar este color primario. Si se repite lo mismo con otros dos filtros diferentes para aislar los canales azul y verde, se dispondrá entonces de los tres canales primarios, cada uno de los cuales estará registrado en una imagen en blanco y negro. Al combinar los tres canales, se obtendrá una imagen en color. Esta combinación se hace mediante software. Aunque los astrónomos utilizan programas específicos parallevarla a cabo, aplicaciones de uso general como por ejemplo Photoshoppermiten también utilizar esta técnica.
Pero para entender qué es lo que realmente ocurre con las imágenes del Hubble es importante tener en mente que esta combinación se hace con tres imágenes en blanco y negro, a cada una de las cuales les hemos puesto la etiqueta de “rojo”, “verde” y “azul”.
Este esquema muestra cómo, mediante un sensor CCD que obtiene imágenes en blanco y negro, pueden aislarse los canales rojo, verde y azul utilizando filtros de esos mismos colores. NASA/ESA
¿Qué ocurriría entonces si una de estas imágenes se obtiene con un filtro de un color diferente al color primario que representa? ¿Y si, por ejemplo, la imagen del canal rojo se obtiene con un filtro violeta? Pues que al combinarlas en nuestro software como si se tratase de rojo, verde y azul, obtendríamos también una imagen en color, si bien el resultado no se correspondería con lo que ve el ojo humano.
La peculiaridad del Hubble es que los canales rojo, verde y azul se obtienen con filtros que no se corresponden realmente con estos colores primarios. Es decir, lo que vemos en las imágenes del Hubble no coincide con lo que veríamos si pudiésemos viajar con una nave espacial hasta las proximidades de la nebulosa y mirarla con nuestros propios ojos. Para obtener el canal rojo se utiliza un filtro denominado S II (leído azufre dos), que sí es de color rojo. Pero para el canal verde se usa un filtro conocido como filtro H-alpha (hidrógeno alfa), que en lugar de ser verde es de un tono de rojo diferente al del filtro S II. Y para obtener el canal azul se utiliza un filtro O III (oxígeno tres), que es de color verde.
Figura 5. Esquema de la técnica de combinación de imágenes obtenidas con filtros S II, O III y H Alpha para obtener imágenes astronómicas en color a partir de un sensor CCD en blanco y negro. NASA/ESA
El motivo de hacerlo de esta manera, que para alguien ajeno a esta materia puede parecer extraña e ilógica, es que estos tres filtros especiales se corresponden con tres colores básicos (o, dicho en lenguaje técnico, tres longitudes de onda del espectro visible) que tienen una enorme importancia desde el punto de vista astrofísico. Esta reasignación de colores permite aislar colores característicos de la luz que emiten tres de los elementos químicos fundamentales que se encuentran en esta nebulosa y en otros objetos de interés astrofísico (el hidrógeno, el azufre y el oxígeno). Así se aumenta notablemente el nivel de detalle de algunas de las estructuras que aparecen en las imágenes, algo que no se conseguiría si se utilizasen filtros estándar de colores rojo, verde y azul.
A pesar del grado de detalle que muestran las imágenes obtenidas con los sensores UVIS de la cámara WFC3, éstos no nos permiten ver qué hay en el interior de las columnas de gas y polvo cósmico, pues ese polvo bloquea la mayor parte de la luz visible que emiten los objetos que se encuentran dentro de losPilares. Pero, por suerte, este polvo no es muy eficaz a la hora de bloquear la luz infrarroja. Y es aquí donde el tercer sensor de la cámara WFC3, que tiene una resolución de 1024x1024 píxeles, juega un papel clave. A diferencia de lo que ocurre con el ojo humano, que no puede ver este tipo de luz, el sensor infrarrojo de la WFC3 está específicamente diseñado para detectarla, mostrándonos así imágenes de objetos que de otra forma no podríamos contemplar.
El resultado bruto obtenido por este sensor es también una imagen en blanco y negro. Pero siguiendo el mismo esquema que el utilizado con los sensores UVIS, mediante filtros podemos generar una imagen en color. Para este sensor la cámara WFC3 dispone de 17 filtros diferentes.
Figura 6. Filtros utilizados por la cámara WFC3 para obtener imágenes con el sensor infrarrojo. Los filtros se encuentran montados sobre una rueda giratoria que permite posicionar un filtro particular frente al sensor. NASA/STScI
En este caso no son filtros de tipo visible, sino filtros que permiten el paso de los infrarrojos. Por decirlo de alguna manera, cada filtro deja pasar a su través una “tonalidad” de infrarrojo diferente. Combinando as imágenes tomadas a través de dos filtros distintos en banda infrarroja es como se obtiene una imagen en falso color con la que podemos interpretar mejor qué es lo que estamos viendo.
Imagen de los Pilares de la Creación en luz infrarroja publicada en 2015.NASA, ESA/Hubble
El resultado obtenido al aplicar esta técnica a los Pilares de la Creación puede verse en la espectacular esta espectacular imagen. Se trata de una visión de los Pilares mucho más desconocida, en la que las columnas de gas y polvo aparecen como una tenue silueta sobre un fondo salpicado de estrellas, algunas de las cuales acaban de nacer en el interior de esa estructura.
La diferencia entre lo que permite mostrar la luz visible y la luz infrarroja queda muy patente en este video producido por la NASA y por la Agencia Espacial Europea. En él se hace una transición suave entre la imagen obtenida con luz visible y la obtenida con luz infrarroja:
Comparando detalladamente las imágenes tomadas con luz visible en 1995 y 2005, los astrónomos podrán aprender mucho sobre cómo evolucionan con el tiempo las columnas de gas y polvo que forman estos Pilares de la Creación. Sabemos que nuestro propio Sol, hace miles de millones de años, nació junto con otras estrellas en el interior de una nebulosa de este tipo. Por tanto, el estudio de los Pilares de la Creación nos aporta también claves sobre nuestros propios orígenes.
De esta manera, gracias a una íntima combinación de ciencia y arte, las técnicas sofisticadas que se esconden tras las imágenes del Hubble nos permiten contemplar toda la belleza que encierran estos objetos, a la vez que nos permiten profundizar cada vez más en la comprensión de nuestro Universo.
En este otro vídeo de 2011 puedes ver un ejemplo de cómo se colorea una imagen astronómica del Hubble:
