Cómo un pequeño equipo de Baltimore dio vida a las imágenes del telescopio Webb

Fesde su órbita a un millón de millas de la Tierra, el telescopio espacial James Webb, ya operativo, ha devuelto por fin sus primeras imágenes, incluyendo 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 Instituto Científico del Telescopio Espacial (STScI), 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 los especialistas del STScI que trabajan entre bastidores para procesar todas las imágenes de Webb que se difunden a la prensa durante los años en que el telescopio hace ciencia. Y es, en muchos sentidos, un proceso artístico tanto 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 del ratón, el Sr. 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 sólo se ven las regiones más brillantes cuando se ve al principio”, dijo. La tarea del Sr. DePasquale y la Sra. Pagans consiste en utilizar un conjunto de programas informáticos para elevar el brillo de la imagen de modo que se puedan ver los detalles más oscuros, sin que se borren las regiones brillantes. “Toda esta información está oculta aquí, porque es realmente muy tenue”.

Con unos pocos clics más en el teclado, el Sr. DePasquale eleva 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 el Sr. 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”, dijo el Sr. DePasquale. “Cuando eso pasa por la tubería, 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 capturado 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.

“Estábamos sudando la gota gorda a medida que nos acercábamos más y más a la [Webb image release] pero al final dio con un guión 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 como en flujo ahora mismo 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 10.000 millones de dólares 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 cincogalaxias encerradas en una apretada danza gravitacional.

Pero a 24 de junio, las imágenes que el público vería primero, y el aspecto exacto que tendrían, eran todavía objeto de discusión.

“La carta que tenemos es demostrar al mundo que el observatorio está listo para hacer ciencia, para celebrar que está listo para hacer ciencia”, dijo Klaus Pontoppidan, astrónomo asociado en el STScI. Era una de las doce personas que se encontraban en una pequeña sala de conferencias el 24 de junio para discutir las imágenes que se harán públicas.

“Casi nadie más en este edificio o incluso en la NASA ha visto esto”, añadió el Dr. Pontoppidan. “Es sólo esta sala”.

El pequeño grupo se ha reunido casi todas las mañanas del mes para discutir las últimas imágenes procesadas por el Sr. DePasquale y la Sra. 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 se asomó al 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 atractivo”, fue uno de los muchos comentarios superpuestos en la sala.

Pero había una tercera opción presentada por el Sr. DePasquale y la Sra. Pagan: una combinación de imágenes NIRCam y MIRI, una mezcla de perspectivas que preservaba el contraste de la imagen MIRI y superponía los numerosos detalles y los impresionantes colores de la imagen NIRCam.

“Es como lo mejor de los dos mundos”, dijo la Sra. Pagan.

Al final, 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 en sí mismo, especialmente cuando se trata del proceso de color.

Hay que tener en cuenta que la mayoría de las imágenes crudas de Webb son esencialmente vírgenes para el ojo humano. Los objetos lejanos que se visualizan son, en muchos casos, increíblemente débiles, demasiado débiles para ser registrados por las células cónicas del ojo humano que perciben el color. 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 sólo ve en el infrarrojo, longitudes de onda demasiado largas para que los ojos humanos puedan verlas en absoluto, por muy brillantes que sean. Para hacer visibles las imágenes de Webb, la Sra. Pagan y el Sr. DePasquale deben transponer frecuencias de luz invisibles para los ojos humanos a la parte visible del espectro.

“Los telescopios están diseñados con filtros para separar los diferentes colores, y luego asignamos esos colores cromáticamente”, dijo. “Las longitudes de onda más cortas de la luz se asignan a los colores azules, luego se pasa del azul al verde y al rojo a medida que se aumenta la longitud de onda”.

Ese es un sistema que funcionó bien con el Hubble, que veía sólo en el infrarrojo cercano, y hasta ahora parece funcionar bien para la NIRCam de Webb, según la Sra. Pagan.

“Pero cuando nos adentramos en el infrarrojo medio con MIRI lo que obtenemos es muy diferente, lo que supone un reto”, 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 particular de un objeto lejano, señaló la Sra. 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 por ejemplonubes de gases orgánicos. 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 el Sr. DePasquale. “Pueden ir por esa vía, ponerse en contacto con la oficina de noticias de aquí, y entonces determinaremos si es realmente digno de prensa. Si es así, entonces nos llega para procesar los datos”.

El procesamiento puede suponer mucho trabajo, especialmente con Webb -el desarrollo de la imagen de la nebulosa Carina llevó 16 horas- y la Sra. Pagan y el Sr. 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 de la inminente publicación.

“El primer conjunto de datos llegó un sábado por la mañana, y tuve que conducir hasta Filadelfia para asistir a una fiesta familiar”, dijo el Sr. DePasquale. “Estoy en la fiesta. Y pienso: ‘Sólo quiero estar trabajando en esa imagen'”.