Como nascem as imagens astronômicas?

Imagens astronômicas são uma indispensável ferramenta de aquisição de dados e permitem que os astrofísicos realizem medições de importantes parâmetros dos objetos observados. É possível determinar posições, velocidades, temperaturas, fluxo luminoso e uma infinidade de outras grandezas a partir do registro em imagem da luz emitida por objetos celestes.

As imagens da Nebulosa da Águia (M16) acima foram registradas pelo Telescópio Espacial Hubble em 2015 e em 1995. A imagem mais recente (à esquerda) utilizou a WFC3 (Wide Field Camera 3), instalada em 2009, para capturar a luz emitida por átomos de oxigênio, hidrogênio e enxofre. A imagem à direita, registrada em 1995, corresponde à mesma região, utilizando a WFPC2 (Wide Field and Planetary Camera 2). Além de sua importância científica, a imagem, batizada “Os Pilares da Criação”, é uma das mais belas produzidas pelo Hubble.

Há câmeras, como as do telescópio espacial Hubble, que abrangem toda a região visível do espectro eletromagnético e ainda porções do espectro infravermelho e ultravioleta. Entre os telescópios orbitais há outros instrumentos que observam especificamente em raios-X (Chandra), infravermelho (Spitzer) ou raios gama (Fermi). Em cada faixa de frequência observada por estes instrumentos é possível estudar diferentes aspectos dos objetos astronômicos.

Mas além de toda a ciência que se pode fazer através das imagens, muitos registros são verdadeiras obras de arte – não apenas por sua beleza, mas pelo talento e criatividade necessários para criar uma forma de visualização atraente para os dados capturados pelos telescópios.

M16 [Hubble Space Telescope/WFC3]

Antes de tudo, é bom estar ciente que os sensores de imagem usados na astronomia profissional não geram imagens coloridas. Dentro de sua faixa de sensibilidade, estes dispositivos não discriminam a cor da radiação que incide sobre o detector. As imagens geradas são sempre monocromáticas.

Mas então como se pode chegar a verdadeiras pinturas como “Os Pilares da Criação“?

Para começar a responder, vamos dar uma olhada nas imagens originais, capturadas pela WFPC2 em 1995. Mas antes disso, você já se perguntou por que as imagens da WFPC2 tem aquele formato de escadinha? Na verdade, o que estamos vendo é um mosaico de quatro diferentes sensores. Cada um deles possui a mesma quantidade de pixels (800 x 800 pixels), mas com tamanhos diferentes. O 3 maiores (WF2, WF3, WF4) formam a câmera Wide Field e a menor delas (PC) corresponde à Planetary Camera.

Configuração dos Sensores da WFPC2, importante detector que equipou o telescópio Hubble até o ano de 2009, quando foi substituída pela WFC3.

Agora podemos entender a pitoresca geometria das imagens capturadas pela WFPC2 e estamos prontos para analisar a matéria prima de nossa obra de arte. As imagens abaixo são os registros originais do telescópio Hubble. Os sensores não conseguem discernir cores, mas podemos posicionar filtros à frente do detector para deixar passar apenas comprimentos de onda específicos. Os filtros escolhidos para registrar esta região da Nebulosa da Águia deixam passar a luz nos comprimentos de onda de 502nm, 656nm e 673nm.

Esta escolha de filtros não é totalmente arbitrária. Nebulosas como M16 são vastas nuvens de gás, compostas principalmente pos átomos de hidrogênio, mas também possuem em sua composição átomos mais pesados como oxigênio e enxofre. Os elétrons destes átomos, excitados pela luz ultravioleta de estrelas jovens, absorvem radiação e saltam para níveis de energia mais altos. Ao retornar ao seu estado fundamental, estes elétrons reemitem a radiação absorvida e parte dela pode cair na porção visível do espectro eletromagnético.

Os filtros utilizados correspondem a emissões do hidrogênio (656nm – hidrogênio alfa), oxigênio (502nm, OIII) e enxofre (673nm – SII).

Para compor uma imagem colorida precisamos agora associar cada um destes comprimentos de onda a uma cor e nem sempre é possível, ou conveniente, escolher a cor real correspondente àquele comprimento de onda. No caso da emblemática imagem de M16, à imagem obtida através do filtro Hidrogênio Alfa (656nm) foi atribuído o canal G (verde), apesar desta linha espectral corresponder a um vermelho intenso. Com esta escolha temos uma imagem final com uma gama maior de cores. Contraste e luminosidade também são ajustados de forma a aumentar o alcance dinâmico, resultando em imagens finais mais contrastadas.

A imagem composta é uma verdadeira obra de arte. Vibrante, imponente e emocionante. Fruto da técnica e da estética, Os Pilares da Criação é um monumento que nos lembra que na astronomia, a ciência se confunde com a arte e os dados andam de mãos dados com a beleza.

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