Cómo un pequeño equipo en Baltimore hizo posibles las imágenes del telescopio James Webb de la NASA
El lanzamiento de un gran cohete llamativo puso el Telescopio Webb en el espacio, pero un pequeño grupo de personas en Baltimore trabajó tras bambalinas para hacer posibles sus primeras imágenes, escribe Jon Kelvey
Desde su órbita a un millón de millas (1.600 kilómetros) de la Tierra, el telescopio espacial James Webb, ya operativo, ha enviado por fin sus primeras imágenes, incluida una vista de campo profundo de miles de galaxias, que brillan como gemas a miles de millones de años luz. Pero por muy impresionantes que sean esas imágenes, no serían más que un conjunto de píxeles negros si no pasaran por el edificio Steven Muller, una modesta estructura de ladrillos caqui escondida entre los árboles del campus de Johns Hopkins en Baltimore, Maryland.
Hay pocos elementos permanentes que alerten al transeúnte casual de que el edificio es la sede del STScl (Instituto Científico del Telescopio Espacial), aunque una pancarta azul y dorada colgada sobre la entrada principal que proclama “¡Vamos, Webb, vamos!” proporciona una pista obvia. El STScI comenzó a operar el telescopio espacial Hubble en nombre de la Nasa y de los científicos en 1990, y la misión de la institución se ha ampliado ahora para incluir a Webb. Los controladores del STScI ayudaron a guiar el nuevo telescopio espacial a través del proceso de despliegue y puesta en marcha, y a principios de junio, comenzaron a tomar las primeras imágenes con el gran telescopio dorado.
Y esas imágenes no aparecen por arte de magia con un color brillante y un brillo equilibrado. Los datos en bruto capturados por Webb deben ser procesados, limpiados de artefactos y coloreados por especialistas del STScI que trabajan tras bambalinas para procesar todas las imágenes de Webb que se publicarán en la prensa durante los años en que el telescopio sirva a la ciencia. Y es, en muchos sentidos, un proceso tanto artístico como técnico.
Arrojando luz
El 24 de junio, unas dos semanas antes de que las primeras imágenes del Webb se hicieran públicas, los desarrolladores de imágenes científicas Joseph DePasquale y Alyssa Pagan se sentaron en su oficina compartida, rodeados de grandes pantallas de ordenador, para demostrar cómo procesaban las primeras imágenes del Webb transmitidas a la Tierra. Con un clic, DePasquale tomó la primera imagen de campo profundo del Webb, un conjunto de gemas brillantes, en realidad miles de galaxias increíblemente distantes, y devolvió la imagen a la forma en que le llegó: una pantalla negra.
“Los valores de los píxeles son mayoritariamente oscuros, porque el cielo es mayoritariamente oscuro, y solo se ven las regiones más brillantes cuando lo ves al principio”, dijo. La tarea de DePasquale y Pagans consiste en utilizar un conjunto de programas informáticos para aumentar el brillo de la imagen y permitir que se vean los detalles más oscuros, sin que se pierdan las regiones brillantes. “Toda esta información está oculta aquí, porque es realmente muy tenue”.
Con unos pocos clics más en el teclado, DePasquale aumenta el brillo en un proceso conocido como “escalado” de los datos, revelando una versión en escala de grises del campo profundo de Webb. La adición de color es un paso posterior, pero debe esperar hasta que DePasquale se ocupe de otro problema introducido al escalar la imagen para hacerla lo suficientemente brillante como para verla.
“Las estrellas brillantes de Webb tienden a saturarse hasta el punto de que el detector ya no proporciona información válida”, explica DePasquale. “Cuando eso pasa por el proceso, acabas obteniendo un agujero negro en el centro de una estrella brillante”.
Este efecto puede observarse en la imagen del Webb publicada el 6 de julio como adelanto, un campo estelar de color naranja captado por el instrumento de guía del telescopio espacial. En el centro de las estrellas brillantes y puntiagudas hay círculos negros que parecen agujeros quemados en un negativo de película.
“Estuvimos sudando la gota gorda a medida que nos acercábamos a la fecha [de publicación de las imágenes de Webb]”, explica DePasquale, pero finalmente dio con un script informático que rellenaba los agujeros negros con los valores de los píxeles vecinos. Es el tipo de solución novedosa que se requiere con los datos de Webb, añade, porque a diferencia del flujo de trabajo familiar para el desarrollo de imágenes a partir de los datos del Hubble, con Webb “el proceso está cambiando a cada momento porque todo es nuevo”.
¿Qué Webb primero?
La imagen del campo profundo de Webb fue la primera de las cinco imágenes seleccionadas por el STScI y la Nasa para mostrar los resultados tangibles de los más de 20 años y US$10.000 millones que ha costado diseñar, desarrollar, construir, probar, lanzar, desplegar, configurar y poner en marcha el telescopio más sofisticado jamás construido. El presidente de EE.UU., Joe Biden, adelantó la imagen del campo profundo desde la Casa Blanca el 11 de julio, mientras que las cuatro imágenes restantes se revelaron a la mañana siguiente a través del sitio web de la Nasa. El conjunto de imágenes incluye el campo profundo, el espectro o patrón de luz filtrada a través de la atmósfera del exoplaneta Wasp 96 b, e imágenes de la nebulosa Carina, la nebulosa del Anillo Sur y el Quinteto de Stephan, un conjunto de cinco galaxias encerradas en una apretada danza gravitatoria.
Pero desde el 24 de junio, las imágenes que el público vería primero, y su aspecto exacto, eran todavía objeto de discusión.
“La misión que tenemos es demostrar al mundo que el observatorio está listo para hacer ciencia, celebrar que está listo para hacer ciencia”, dijo Klaus Pontoppidan, astrónomo asociado del STScI. Él fue una de las doce personas que se encontraban en una pequeña sala de conferencias el 24 de junio para discutir las imágenes que se iban a hacer públicas.
“Casi nadie más en este edificio o incluso en la Nasa ha visto esto”, añadió el Dr. Pontoppidan. “Es solo esta sala”.
El pequeño grupo se ha reunido casi todas las mañanas del mes para discutir las últimas imágenes, procesadas por DePasquale y Pagan y mostradas en un enorme monitor colgado en la pared. El 24 de junio, la discusión giró en torno a qué versión de la imagen de la nebulosa Carina se haría pública, una imagen tomada con el instrumento de infrarrojo cercano de Webb, NIRcam, o su instrumento de infrarrojo medio, MIRI.
Mientras que la imagen de NIRCam destacaba las nubes de polvo anaranjadas y doradas, MIRI miraba a través del polvo para revelar más estrellas, pero con las nubes de gas mostrándose en tonos de azul grisáceo contra un “cielo” rojo, una estética controvertida.
“Para mí, el azul grisáceo, la forma en que apareció en la imagen de MIRI, no es atractiva”, fue uno de los muchos comentarios que se hicieron en la sala.
Pero hubo una tercera opción presentada por DePasquale y Pagan: una combinación de las imágenes NIRCam y MIRI, una mezcla de perspectivas que conservan el contraste de la imagen MIRI mientras se superponen los numerosos detalles y los impresionantes colores de la imagen NIRCam.
“Es como lo mejor de los dos mundos”, señaló Pagan.
Finalmente, el grupo se decantó por la imagen combinada de Carina, que es la que vio el público el 12 de julio.
Coordinación de colores
Pero la creación de la imagen de Carina pone de relieve otra forma en la que la creación de imágenes visibles a partir de los datos de Webb es un proceso creativo por derecho propio, especialmente cuando se trata del proceso de color.
Hay que tener en cuenta que la mayoría de las imágenes en bruto de Webb son esencialmente vírgenes para el ojo humano. Los objetos lejanos que capta son, en muchos casos, increíblemente débiles, demasiado débiles para ser registrados por los conos de percepción de color del ojo humano. Esto suele ocurrir incluso con observaciones astronómicas menos exóticas.
“Si se observa un planeta como Júpiter o Saturno a través de un telescopio, se ve casi en blanco y negro, porque la luz es tan tenue que sólo activa los bastones de los ojos y no los conos”, explica DePasquale. “No se obtiene realmente información sobre el color”.
En el caso de Webb, hay que añadir el hecho de que el telescopio solo ve en el infrarrojo, longitudes de onda de luz demasiado largas para que los ojos humanos puedan verlas en absoluto, por muy brillantes que sean. Para que las imágenes de Webb sean visibles, Pagan y DePasquale deben transponer frecuencias de luz invisibles para los ojos humanos a la parte visible del espectro.
“Los telescopios se diseñan con filtros para separar los distintos colores y luego los asignamos cromáticamente”, explica. “Las longitudes de onda más cortas de la luz se asignan a los colores azules, y luego se pasa del azul al verde y al rojo a medida que aumenta la longitud de onda”.
Se trata de un sistema que funcionó bien con el Hubble, que solo veía en el infrarrojo cercano, y hasta ahora parece funcionar bien para la NIRCam de Webb, según Pagan.
“Pero cuando entramos en el infrarrojo medio con MIRI lo que obtenemos es muy diferente, lo que supone un desafío”, dijo. Para evitar combinaciones de colores chillones como la imagen MIRI de Carina, tuvieron que ser un poco creativos con el mapeo de colores, “por lo que podría ser rojo, naranja y cian” en lugar de rojo, verde y azul.
El proceso podría ser totalmente diferente para los científicos que utilizan el Webb para estudiar un aspecto concreto de un objeto lejano, señaló Pagan. En lugar de intentar transponer las longitudes de onda no visibles de la luz al espectro visible de una manera que tenga sentido visual, un investigador podría solicitar que se resalte el color basándose en algún fenómeno de interés, como las nubes de gas orgánico. Los investigadores también pueden recurrir a los servicios de su oficina a la hora de dar a conocer los resultados de sus investigaciones con Webb.
“Hay una página web para que los científicos presenten sus propuestas para un comunicado de prensa”, dijo DePasquale. “Pueden ir por esa vía, ponerse en contacto con la oficina de prensa de aquí, y entonces determinaremos si es realmente digno de ser publicado. Si es así, entonces nos toca a nosotros procesar los datos”.
El procesamiento puede suponer mucho trabajo, especialmente con Webb (por ejemplo, el revelado de la imagen de la nebulosa Carina llevó 16 horas) y Pagan y DePasquale trabajaron durante los fines de semana en los días previos a la publicación de las primeras imágenes de Webb. Pero el trabajo es también tan cautivador que habrían procesado las nuevas imágenes incluso sin la urgencia del inminente lanzamiento al público.
“El primer conjunto de datos llegó un sábado por la mañana, y tuve que conducir hasta Filadelfia para asistir a una fiesta familiar”, dijo DePasquale. “Estaba en la fiesta. Y pienso: ‘Solo quiero estar trabajando en esa imagen’”