No todo es lo que parece: descubre como se ve realmente el universo

Los grandes observatorios, telescopios espaciales y astrofotógrafos nos deleitan día a día con hermosas imágenes de diferentes objetos del universo. Hemos visto la Luna, los planetas, el Sol, nebulosas, cúmulos estelares, galaxias satélites, agujeros negros y hasta la primera luz del universo. Sin embargo, muchas veces lo que se muestra no representa completamente lo que una persona vería con sus ojos. 

Una de las cinco primeras imágenes científicas del James Webb que fueron mostradas al público para demostrar las nuevas capacidades del observatorio espacial. Créditos: NASA, ESA

Capturando la luz

Los ojos humanos son producto de la evolución que se ha dado paso a lo largo de miles de generaciones. Estos se han ajustado para aprovechar nuestro entorno, y centrándose en lo que más abunda en nuestra vida cotidiana, la luz del Sol. Cada uno de nuestros ojos cuenta con conos y bastones, células sensibles a la luz, que al activarse envían una señal al cerebro. Una vez allí se unen todos los datos recibidos para construir una imagen del mundo que le rodea. Los conos tienen la función de aprovechar la luz brillante y de percibir colores, mientras los bastones se enfocan en la luz tenue y permite ver en situaciones de oscuridad.

La física se ha encargado de estudiar durante mucho tiempo la luz, en busca de entenderla y usarla a su favor. La han clasificado según su longitud de onda, representando a su vez cuan energética es. Entre mayor longitud de onda tenga menor será su energía, y viceversa. A partir de esto se creó lo que conocemos como espectro electromagnético, donde bajo ciertos intervalos se clasifica la luz en diferentes tipos.

A pesar de contar con un rango tan amplío de posibilidades, los ojos humanos se han adaptado a una pequeña franja de todo el espectro, la llamada luz visible. Esta misma coincide con el pico de radiación de cuerpo negro que emite el Sol, aunque no es casualidad que lo sea. Todo fuera de la barra visible es, valga la redundancia, invisible. Por esto se desarrollaron dispositivos que sean capaces de llevar esos huecos de nuestra visión y capturar el mundo en infrarrojos y ultravioleta.

Diagrama de cuerpo negro del Sol donde se evidencia como el pico de emisión de luz coincide con la banda de luz visible que pueden ver los humanos.

Los colores del universo

Mientras que nuestros ojos están diseñados para permitirnos sobrevivir en la Tierra, no están preparados para descubrir todo lo que hay más allá de la atmósfera. Todos estos objetos cuentan con una gran variedad de temperaturas, y como se mencionó previamente, la radiación de cuerpo negro va a ser diferente para cada una. En el universo se pueden encontrar desde estrellas a decenas de miles de grados centígrados hasta nebulosas cercanas al cero absoluto, la menor temperatura posible.

Comparación de los pilares de la creación capturada por Hubble (izq.) y Webb (der.). Se evidencian diferencias entre ambas al ser capturadas en distintas longitudes de onda, como es encontrar zonas transparentes en la tomada por Webb.

Los diferentes instrumentos que se han construido nos permiten capturar diferentes fragmentos del espectro electromagnético. Por ejemplo, emplear antenas para detectar las señales más antiguas del universo, también conocida como el fondo cósmico de microondas. Utilizar cámaras en el infrarrojo para atravesar algunas nubes de polvo y descubrir estructuras dentro de las galaxias, así como la temperatura de cada zona. Y finalmente, observar en el ultravioleta, rayos X y Gama, para los fenómenos más violentos y energéticos.

De forma sencilla, las cámaras que se encargan de observar cada uno de estos fenómenos mide la intensidad y dirección de la luz. Una vez un fotón impacta una zona de los sensores se crea un arreglo de números, donde la coordenada y el valor (o valores) asignado corresponde a los datos medidos. Sin embargo, todas estas detecciones son invisibles para nosotros, es por ello que se requiere de un procesamiento de imagen, para llevar todo el espectro electromagnético a nuestra delgada banda del visible.

Procesamiento de imagen

Los sensores suelen ir acompañados por una serie de filtros, donde cada uno corresponde a una longitud de onda específica. Generalmente en astronomía se suelen tomar varias fotos bajo diferentes configuraciones, donde cada una tiene diferentes objetivos. Por ejemplo, el de reducir el ruido, es decir, eliminar aquellas detecciones erróneas que pueden haberse provocado por problemas en la electrónica o el propio calor del dispositivo. El resto son aquellas donde está toda la información de lo que se desea observar, cabe mencionar que estos instrumentos están preparados para realizar ciencia y no necesariamente conseguir fotos bonitas.

Imágenes del Sol tomadas con diferentes métodos y longitudes de onda, el estudio individual revela estructuras a diferentes alturas, escalas y temperaturas.
Jupiter visto en diversas longitudes de onda, cada una representa un fenomeno diferente. Por ejemplo, las de infrarrojo resaltan las zonas de mayor y menor calor, mientras las de ultravioleta resaltan zonas de gran energía, como son las zonas polares con las auroras y partículas altamente cargadas interactuando con la atmósfera.

Aquellos arreglos de números resultantes, cuando son tomados por filtros individuales, representan una imagen en escala de grises. Donde el color blanco corresponde a una mayor energía total registrada en cada píxel, mientras el negro mostraría una ausencia del mismo. Sin un mayor contexto esto no sirve de nada, pero sabiendo el origen de aquella imagen se puede unir con otras de la misma zona para conseguir algo que sea más cómodo y atractivo a la vista.

Para poder unir los diferentes filtros se emplean desde programa de edición, como el famoso Photoshop, hasta programas más avanzados que se encargan de alinear y procesar todos los datos. A partir de esto se pueden trabajar ediciones de contrastes, brillo, rango dinámico. Todo esto se realiza con el fin de resaltar o destacar ciertas estructuras en las nebulosas, galaxias, planetas o el Sol.

Comparación entre las distintas estrucutras observadas de un mismo remanente de supernova en distintas longitudes de onda.

No todo es lo que parece

El universo es increíblemente inmenso, nos ofrece innumerables maravillas que se siguen descubriendo día a día. Pero este mismo se esconde a nuestros ojos, por esto necesitamos del procesamiento de imágenes. Aquí puede nacer un dilema sobre hasta qué punto son reales estás imágenes, dado que han sido modificadas para permitir un mejor despliegue visual de los fenómenos observados. Más allá de entrar en el debate de los negacionistas, todo esto es una realidad necesaria para acercar al público general al área de la astronomía.

Múltiples imágenes del disco de la Vía Láctea en distintas longitudes de onda.

Es importante diferenciar las imágenes cuyo fin es el de ser atractivas y que cualquier persona pueda disfrutar de ella. Para esto se buscan las de mejor calidad, se les somete bajo mejoras visuales (sin editar realmente las cosas que se observan) que resaltan zonas de interés. Son principalmente divulgadas en redes sociales y se espera puedan llegar a tantas personas como sea posible. Mientras tanto, las imágenes científicas no son en su mayoría tan bonita o fáciles de comprender, llegando incluso a emplear menos de una decena de píxeles para los estudios correspondientes.

Francisco Andrés Forero Daza
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