JWST Görünmez Yıldızlararası Nesneleri Nasıl Görüyor?

James Webb Uzay Teleskobu yakın zamanda dünyayı hayrete düşürdü uzayın ilk görüntüleridahil olmak üzere derin alan görüntüsü Bu, kızılötesi evreni her zamankinden daha derinlemesine gösterdi.

Ancak teleskopu uzayın bir parçasına doğrultup fotoğraf çekemezsiniz. Webb tarafından toplanan verilerin halkla paylaşılmadan önce kızılötesinden görünür ışığa dönüştürülmesi ve bir görüntüye dönüştürülmesi gerekiyor.

Bu verileri güzel görüntülere dönüştürmek, Uzay Teleskobu Bilimi'nden Joe DePasquale'nin işidir. İkonik derin görüntüler de dahil olmak üzere ilk James Webb görüntülerinden bazılarının işlenmesinden sorumlu olan enstitü alan. Bu inanılmaz verinin hayata geçmesi için ne gerektiğini bize anlattı.

Dönen bir filtre çarkı

James Webb'in kara deliklerden kara deliklere kadar gözlemleyeceği birçok farklı hedef türü hakkında veri toplamak ötegezegenler için, cihazlarının farklı dalga boylarında okumalar alabilmesi gerekir. kızılötesi. Bunu yapmak için araçları silahlandırılmıştır. filtre tekerlekleriHer biri farklı dalga boylarındaki ışığın geçmesine izin veren, farklı malzemelerden yapılmış atlıkarıncalardır.

Bilim adamları, gözlemleri için hangi enstrümanları ve hangi dalga boylarını kullanmak istediklerini seçerler ve filtre tekerlekleri, karşılık gelen elemanı cihazın sensörlerinin önüne koymak için döner. Hareketli parçaları bu kadar karmaşık bir teknolojiye dahil etmek her zaman bir risk olsa da mühendisler bu tür parçalarla çalışma konusunda oldukça deneyimlidir. Hubble Uzay Teleskobu ve Chandra X-ışını Gözlemevi gibi diğer uzay tabanlı teleskoplarda da benzer filtre tekerlekleri kullanıldığı için şu anda bu donanımlar kullanılıyor.

DePasquale, "Bu uzay aracının, yıllarca çalışmaya devam eden, uçuşa hazır ve radyasyona dayanıklı bu hareketli parçalara sahip olması inanılmaz" dedi.

Webb bir hedefi gözlemlediğinde, önce bir filtreyi, sonra diğerini ve daha sonra gerekirse daha fazlasını kullanarak bakacak. Webb'in ilk derin alan görüntüsü için, her biri siyah beyaz bir görüntü üreten altı filtre kullanarak veriler alındı. Her filtre iki saatlik bir maruz kalma için kullanıldı ve bu da toplam 12 saatlik gözlem süresine ulaştı.

Veriler toplandıktan sonra ön işleme için cihaz ekiplerine gönderilir; daha sonra DePasquale'ye teslim edilir. "Her biri, çekildiği filtreye karşılık gelen altı ayrı görüntü elde ediyorsunuz" dedi. Görevi, bu altı siyah beyaz görüntüyü, hayranlık duymayı sevdiğimiz çarpıcı uzay görüntülerinden birine dönüştürmek.

Siyah ve beyazı birleştirerek renk elde ediyoruz

DePasquale, araştırmacıların seçtiği filtre sayısına bağlı olarak değişen sayıda görüntü alacak ve ardından bunları tek bir görüntüde birleştirecek. Bu filtrelerden gelen verileri renk kanallarına eşleyerek renkli bir görüntü oluşturur. Bu iş için Adobe Photoshop gibi genel amaçlı grafik düzenleme yazılımlarının bir kombinasyonunu kullanacak. Başlangıçta amatör astrofotografi için geliştirilen PixInsight gibi özel astronomi yazılımı.

Filtreler kanallara her türlü şekilde eşlenebilir, ancak DePasquale genellikle dijital görüntüler için yaygın olarak kullanılan kırmızı, yeşil ve mavi kanalları veya RGB'yi haritalandıracağını söylüyor.

"RGB'de bir şeyleri birleştirmek genellikle en doğal görünen görüntüyü yaratır, çünkü bu, gözlerimizin doğasından ve ışığı nasıl algıladıklarından kaynaklanmaktadır" dedi. "Gözlerimizde kırmızı, yeşil ve mavi ışığa duyarlı koni hücreleri var. Yani gözlerimiz zaten dünyayı bu şekilde yorumlamaya hazır."

Derin alan görüntüsünde, gözlemledikleri dalga boyuna göre adlandırılan altı filtreyi (F090W, F150W, F200W, F277W, F356W ve F444W) aldı. ve en kısa dalga boyuna sahip iki filtreyi maviye, orta dalga boyuna sahip iki filtreyi yeşile ve en uzun dalga boyuna sahip iki filtreyi yeşile birleştirdi. Bunlar daha sonra renkli bir görüntü oluşturmak için katmanları bir araya getiren Adobe Photoshop'taki ekran karıştırma modu kullanılarak birleştirilir.

Diğer görsellerde, Webb görseli gibi Karina BulutsusuDePasquale'nin meslektaşı Alyssa Pagan tarafından işlenen görüntüde, altı farklı filtrenin her birine, nebulanın tüm farklı özelliklerini ayırt etmek için kendi rengi atandı. Ancak bu derin alanda pek işe yaramadı.

DePasquale, "Her filtreye kendi benzersiz rengini vermeyi denedim" dedi. "Bu güzel bir görüntü yaratabilir ancak derin alan söz konusu olduğunda pek işe yaramıyordu. Bazı garip renk eserleri yaratıyordu ve galaksiler olması gerektiği gibi görünmüyordu. Ben de bu yaklaşımı tercih ettim ve bu bana daha doğal görünen renkli bir görüntü kazandırdı."

Daha iyi görünen bir görüntü

Bu nedenle görüntü işleme işi bilimsel anlayışın yanı sıra sanatsal bir dokunuş da gerektirir. İşlemcinin görevi, hem verileri doğru bir şekilde temsil eden hem de görsel olarak çekici bir görüntü oluşturmaktır.

Farklı filtrelerden gelen veriler birleştirildikten sonra DePasquale, astronomik ilkelere dayalı bir şekilde çekici bir şey yapmak için görüntünün renk düzeylerini ayarlamaya çalışıyor. Webb derin alan görüntüsüne gelince, renkleri beyaz referans noktası olarak belirli bir sarmal galaksiyi ve gri arka plan olarak gökyüzünün boş bir parçasını kullanmaya dayalı olarak ayarladı.

"Derin alan görüntüsüne veya arka planda çok sayıda galaksinin olduğu bir görüntüye sahip olduğumuzda yaklaşımım genellikle görüntünün tamamı için beyaz referans noktası olarak tam karşıdan görülen sarmal gökadaları kullanmaktır" dedi. açıkladı.

"Bunun nedeni, karşıdan bakan sarmal galaksilerin, en genç yıldızlardan en yaşlı yıldızlara kadar yıldızların içinde mümkün olan tüm renkleri temsil eden yıldız popülasyonunun tamamını göstermesidir" dedi. “Böylece genç yıldızların parlak mavilerinden yaşlı sarımsı yıldızlara ve aradaki her şeye geçiyoruz. Yani bunu beyaz referans noktanız olarak kullanırsanız, bu size genel olarak oldukça dengeli bir görüntü verir."

Derin bir alanın görünümü

Şu ana kadar derin alan görüntüleri oluşturabilen yalnızca iki gözlemevimiz var: Hubble ve Webb. Hubble görünür ışık aralığında çalışırken, Webb kızılötesinde çalışıyor, ancak her ikisi de gökyüzünün loş kısımlarındaki uzak galaksilerin görüntülerini alıyor. Her birindeki derin alanların görünümünü karşılaştırmak ve bunların ne kadar farklı olduğunu görmek ilginç.

Webb'den gelen görüntüler, Hubble gibi diğer teleskoplardan alınan görüntülerle karşılaştırıldığında kendine özgü bir görünüme sahip olacak. Bu, en çok, kendine özgü sekiz köşeli kırınım sivri uçlarıyla parlak yıldızların ortaya çıkma biçiminde fark edilir. Bunun nedeni Webb'in aynasının şekli ve teleskopla çekilen görüntülerin doğasında vardır.

Ancak genel olarak DePasquale, Webb tarafından toplanan görüntüler ile Hubble tarafından toplanan görüntüler arasında genel bir tutarlılık hedeflediğini söylüyor. Sonuçta verilerin nasıl toplandığına bakılmaksızın, görüntülenen nesneler benzerdir.

DePasquale, derin alan görüntüleri söz konusu olduğunda "bu, uzun yıllardır üzerinde çalıştığım bir konu" dedi. “Yani nasıl görünmesi gerektiğine dair sezgisel bir anlayışım var. Ve tam karşıdan görünen bir sarmal galaksinin belirli bir görünüme sahip olması gerektiğini, uzaktaki lekelerin belirli bir renk tonuna sahip olması gerektiğini ve aradaki her şeyin doğal görünmesi gerektiğini biliyorum."

Kızılötesinin felsefesi

Webb ve Hubble arasındaki büyük farklardan biri, Webb'in çok daha uzak galaksilere bakabilmesidir. Bu galaksilerin birçoğu o kadar uzakta ki ışıklarının bize ulaşması çok uzun zaman alıyor. Bu süre zarfında evren genişledikçe, bu ışık kırmızıya kayma adı verilen bir süreçte görünür ışık dalga boylarından kızılötesine doğru kayar.

Bu durum bir bilmeceyi gündeme getiriyor: Görüntü işlemcileri görünmez olan bir galaksiyi nasıl görüntülemeli? kırmızıya kayma nedeniyle gözlerimize, ancak önümüzde olsaydı görünür ışık yayacak olan biz? Webb derin alanı bu tür kırmızıya kayan gökadalarla doludur ve görüntüdeki nispeten daha yakın olan ana gökada kümesi bile kırmızıya kaymıştır.

"Bazıları bu görüntüdeki renkler hakkında felsefi bir tartışmaya girecek, çünkü galaksi kümesi zaten dört buçuk milyar ışıkyılı uzaklıkta. Yani teknik olarak kırmızıya kayması gerekiyor. Bu göründüğünden çok daha kırmızı olmalı” dedi DePasquale.

Ancak bunun yerine verileri kırmızıya kaymayı azaltacak şekilde sunmayı tercih ediyor ve daha fazla bilgi vermek için daha geniş bir renk yelpazesi kullanıyor.

"Görüntünün tamamını kırmızı bir tonla kaplamak yerine, resimde gördüğümüz sarmal galaksiyi yapalım. Bu görüntü beyaz referans noktasıdır, böylece küme artık sarı yerine beyaza döner," dedi. söz konusu. “Sonra da arkasındaki her şeyden renk bilgisi alıyorsunuz. Yani gerçekten çok uzaktaki galaksiler artık bu görüntüde kırmızı noktalar olarak görünüyor ve daha yakın olan diğer şeyler daha az kırmızı."

Webb'in hikayesi

Bu yaklaşım yalnızca izleyicilerin derin alandaki galaksilerin çeşitliliğini görmelerine yardımcı olmakla kalmıyor, aynı zamanda Webb'in belirli yeteneklerini de vurguluyor.

"Webb'in hikayesi, uzaktaki galaksileri görebilmesi, halbuki Hubble'ın artık onları göremeyeceği bir noktaya gelmesi, çünkü onlar kızılötesi ışığa doğru kırmızıya kaymış olmalarıdır" dedi.

Bu yüksek kırmızıya kaymalı gökadaları arama yeteneği, Webb'in çok genç evrende oluşan en eski gökadalardan bazılarını görmesini sağlayacak şeydir. Bu, Webb'in Hubble'dan daha güçlü olduğu anlamına gelmiyor; aksine elektromanyetik spektrumun farklı bölümlerine bakıyorlar.

Bu, Webb'in çözünürlüğünün baktığı dalga boyuna göre değişmesi nedeniyle karmaşıklaşıyor. Daha uzun dalga boylarında görüntüleri daha düşük çözünürlüğe sahiptir. Ancak dalga boyu ile çözünürlük arasındaki bu ilişki, derin alan görüntüleriyle çalışmak için mutlaka kötü bir şey değildir.

"Derin alan görüntüsü için iyi çalışıyor çünkü en uzun dalga boylarında tespit ettiğiniz galaksiler gerçekten soluk olanlar ya da gerçekten tozlu olanlar ve başlangıçta pek fazla yapıları olmayabilir," DePasquale söz konusu. "Yani eğer biraz daha az çözülmüşlerse, görüntüde aslında çok doğal görünüyor."

Bilimsel bilgi ve yaratıcı özgürlük

DePasquale gibi görüntü işlemcilerinin çalışmaları genellikle halkın uzay bilimiyle etkileşime geçmesinin ilk yoludur, dolayısıyla bunların hem doğru hem de çekici olması önemlidir. Bu, araştırmayı gerçekleştiren bilim insanları ile bu çalışmayı kamuoyuna sunan işlemciler arasında bir dereceye kadar güven gerektirir.

Ancak kendi deneyimine göre çoğu bilim insanı, çalışmalarının renkli görüntülere dönüştürüldüğünü görmekten mutluluk duyuyor. “Kariyerimin bu noktasında, güzel bir imaj yaratmam için bana yaratıcı özgürlük verildiği, ancak insanların bana güvendiği bir noktaya ulaştım. Bilimi, aynı zamanda bilimsel bir hikaye de anlatan güzel, renkli bir görüntü oluşturabilecek kadar iyi bildiğimi düşünüyorum" dedi. DePasquale.

İlk James Webb görüntülerine gösterilen tepki buna bir örnekti. Bu yeni teleskobun potansiyelini görmekten heyecan duyanlar yalnızca uzay uzmanları değildi; Dünyanın dört bir yanından halk da kozmosun bu büyüleyici yeni görüntülerini görünce hayrete düştü.

Bu, Webb'den göreceklerimizin sadece başlangıcı ve önümüzdeki aylarda teleskoptan çok daha fazla görüntü paylaşılacak.

DePasquale, ilk görüntülere halkın tepkisinin umduğu her şey olduğunu söyledi. "Görmek muhteşemdi. Kelimenin tam anlamıyla her yerdeler. Bütün yerler arasında Times Meydanı'nda sergilendiler. İnanılmazdı.”

Editörlerin Önerileri

• James Webb, en eski süpernovalara ait olabilecek antik tozu tespit etti
• 13,4 milyar yıl önce oluşan bir galaksiyi görmek için çarpıcı James Webb görüntüsünü yakınlaştırın
• James Webb şimdiye kadar keşfedilen en uzaktaki aktif süper kütleli kara deliği tespit etti
• James Webb evrenin büyük ölçekli yapısına dair ipuçları tespit ediyor
• James Webb çarpıcı Orion Bulutsusu'nda önemli bir molekül tespit etti