Comment les images du télescope Web sont-elles colorées ?

L'image en noir et blanc de la nébuleuse contraste avec l'image en couleur, résultat du travail de traitement effectué par les scientifiques.

Sur la gauche, une image monochrome montrant les données infrarouges de Webb de la nébuleuse de l’anneau sud. Sur la droite se trouve une image traitée montrant la même vue en couleur.
image: Gizmodo / NASA, ESA, CSA et STScI

Le 12 juillet, un Les premières photos en couleur Depuis le télescope spatial Webb, il a montré d’innombrables nébuleuses gazeuses, galaxies et exoplanètes comme jamais auparavant. Mais Webb ne collecte que la lumière infrarouge et proche infrarouge, que l’œil humain ne peut pas voir – d’où viennent ces merveilleuses couleurs ?

Les développeurs d’images de l’équipe de Webb ont été chargés de transformer les données d’image infrarouge du télescope en certaines des vues les plus nettes de l’univers que nous ayons jamais vues. Ils allouent différentes longueurs d’onde infrarouges aux couleurs du spectre visible, les familiers rouge, bleu, jaune, etc., mais alors que les images traitées par l’équipe Web ne sont pas Littéralement Ce que le télescope a vu, ils ne sont guère inexacts.

« Une chose que j’ai essayé de changer dans l’opinion des gens, c’est d’arrêter de s’attacher à l’idée de » Est-ce à quoi cela ressemblerait si je pouvais voler là-bas dans un vaisseau spatial et le regarder? «  » Joe DiPasquale a dit. Développeur principal d’images de données au Space Telescope Science Institute, lors d’un appel téléphonique avec Gizmodo : « Ne demandez pas à un biologiste si vous pouvez d’une manière ou d’une autre réduire une cellule et observer le coronavirus. »

Les images MIRI (à gauche) et NIRCam (à droite) du champ profond SMACS 0723 montrent comment l'espace des deux images est différent.

la toile Premières photos d’essai Aidez à vérifier l’alignement du miroir et à récupérer un fichier Tir orange du Grand Nuage de Magellan. Ces premiers clichés n’étaient pas des photographies couleur représentatives; L’un utilisait un filtre monochromatique (leur image était en niveaux de gris) et l’autre ne traduisait que la lumière infrarouge en gammes de couleurs visibles allant du rouge au jaune, afin que l’équipe puisse voir certaines des caractéristiques du nuage qu’elles ont imagé. Mais maintenant, avec le télescope en marche, les images qui sont publiées sont pleines de couleurs éclatantes, comme cette dernière Une image d’une galaxie roue de charrette.

Astronomy is often done outside the visible spectrum, because many of the most interesting objects in space are shining brightly in ultraviolet, x-rays, and even radio waves (which category light falls into depends on the photon’s wavelength). The Webb Telescope is designed to see infrared light, whose wavelengths are longer than red visible light but shorter than microwaves.

Infrared light can penetrate thick clouds of gas and dust in space, allowing researchers to see previously hidden secrets of the universe. Especially intriguing to scientists is that light from the early universe has been stretched as the universe has expanded, meaning what was once ultraviolet or visible light may now be infrared (what’s known as “redshifted” light).

A graph showing how infrared waves are slightly longer than visible light waves, making them redder than the reddest visible light.

“These are instruments that we’ve designed to extend the power of our vision, to go beyond what our eyes are capable of doing to see light that our eyes are not sensitive to, and to resolve objects that we can probably see with just our eyes,” DePasquale said. “I’m trying to bring out the most detail and the most richness of color and complexity that’s inherent in the data without actually changing anything.”

Webb’s raw images are so laden with data that they need to be scaled down before they can be translated into visible light. The images also need to be cleaned of artifacts like cosmic rays and reflections from bright stars that hit the telescope’s detectors. If you look at a Webb image before processing work is done, it’ll look like a black rectangle peppered with some white dots.

A raw image of the Carina Nebula as seen by NIRCam is mostly black to the human eye, with some white specks from some light sources. It is clear that infrared light cannot be seen by the human eye.

A raw image of the Carina Nebula as seen by NIRCam, before the infrared light is translated into visible wavelengths.
Image: Space Telescope Science Institute

The Cosmic Cliffs of the Carina Nebula are a vivid rust color against the deep blue of ionized gas and deep space.

“I think there’s some connotations that go along with ‘colorizing’ or ‘false color’ that imply there’s some process going on where we’re arbitrarily choosing colors to create a color image,” DePasquale said. “Representative color is the most preferred term for the kind of work that we do, because I think it encompasses the work that we do of translating light to create a true color image, but in a wavelength range that our eyes are not sensitive to.”

Longer infrared waves are assigned redder colors, and the shortest infrared wavelengths are assigned bluer colors. (Blue and violet light has the shortest wavelengths within the visible spectrum, while red has the longest.) The process is called chromatic ordering, and the spectrum is split into as many colors as the team needs to capture the full spectrum of light depicted in the image.

“We have filters on the instruments that collect certain wavelengths of light, which we then apply a color that is most closely what we think it will be on the [visible] Alyssa Pagan, développeur de visualisation scientifique au Space Telescope Science Institute, a déclaré lors d’un appel téléphonique avec Gizmodo.

La disposition chromatique dépend également des éléments représentés. Pagan suggère que lorsqu’ils fonctionnent à des longueurs d’onde à bande étroite dans la lumière optique – oxygène, hydrogène ionisé et soufre – les deux émettent du rouge. Ainsi, l’hydrogène pourrait devenir une lumière verte visible, pour donner plus d’informations au spectateur.

« C’est un équilibre entre l’art et la science, parce que vous voulez mettre en valeur la science et les fonctionnalités, et parfois ces deux choses ne fonctionnent pas nécessairement ensemble », a ajouté Pagan.


Les premières images couleur représentatives de Webb ont été publiées le 12 juillet, plus de six mois après le lancement du télescope depuis un port spatial de l’ESA en Guyane française. De là, Webb a parcouru environ un million de kilomètres jusqu’à L2, un point dans l’espace où les effets de la gravité permettent au vaisseau spatial de rester en place sans brûler trop de carburant.

Le télescope s’est déverrouillé sur son chemin vers L2, donc une fois qu’il est là, les scientifiques de la mission peuvent commencer à aligner les miroirs de l’observatoire de 10 milliards de dollars et à alimenter ses instruments. Le télescope contient quatre instruments : la caméra proche infrarouge (NIRCam), le spectromètre proche infrarouge, l’instrument moyen infrarouge (MIRI), le capteur de guidage de précision et le spectromètre sans fente pour pointer avec précision les cibles et caractériser les atmosphères d’exoplanètes.

D’énormes quantités de poussière dans certaines galaxies et nébuleuses sont transparentes pour NIRCam, ce qui lui permet de capturer des étoiles brillantes à des longueurs d’onde plus courtes. D’autre part, MIRI peut observer des disques de matière qui céderont la place aux planètes ainsi que des poussières chauffées par la lumière des étoiles.

Lorsque les images du télescope sont compilées, les processeurs d’images travaillent avec des scientifiques des instruments pour déterminer quelles caractéristiques d’un objet particulier doivent être mises en évidence dans l’image : son gaz chaud, peut-être, ou sa queue froide et poussiéreuse.

Pentagramme hongrois vu dans trois filtres infrarouges moyens.  Dans l'infrarouge moyen, les galaxies focalisées sont principalement violettes, tandis que les galaxies d'arrière-plan sont une combinaison de rouge, jaune et bleu.

Lorsque Webb a photographié le Quintette de Stephan, un amas visible de cinq galaxies, le produit final était une image de 150 millions de pixels composée de 1 000 images prises à la fois par MIRI et NIRCam. Lorsque vous venez de voir MIRI, la poussière chaude prend le dessus sur l’image. En arrière-plan des images MIRI, des galaxies lointaines brillent de différentes couleurs ; DePasquale a déclaré que l’équipe les appelait « bowling ».

DePasquale et Pagan ont aidé à créer les images de Webb telles que nous les voyons finalement, riches en couleurs et en signification cosmique. Dans le cas de la prise de vue panoramique des pentes cosmiques de la nébuleuse Carina, divers filtres ont capturé du gaz ionisé bleu et de la poussière rouge. Lors des premières passes de l’image de la nébuleuse, le gaz a obscurci la structure de la poussière, a déclaré Pagan, et les scientifiques ont demandé à l’équipe de traitement d’image de « ramollir un peu le gaz ».

Recueillir la lumière dans les miroirs hexagonaux de Webb n’est que la moitié de la bataille lorsqu’il s’agit de voir l’univers lointain. Traduire ce qui est là un tout autre monstre.

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