Fotografía y fotometría

Los avances de la tecnología experimentados en los últimos veinte años han hecho que dentro de la astronomía de aficionado la toma de imágenes del cielo haya dejado de ser una labor casi artesanal y sacrificada. Hace casi 10 años expuse por última vez una película de emulsión química para captar el cielo. Dos años después ya tendría mi primera cámara ccd.

Se ha pasado de guiar manualmente una exposición durante decenas de minutos, desde el campo, en emulsiones de 1000, 1600, 3200 ISO, incluso películas hipersensibilizadas por parte de los más expertos, para obtener una imagen de cielo profundo, a poder sacar galaxias en tomas de un minuto sacadas con un simple instrumento que cuente con seguimiento motorizado, y en un entorno urbano.

La nueva situación hace las delicias de todos aquellos aficionados que desean retratar las bellezas del firmamento, que pueden sacar objetos Messier con facilidad, y exprimir la capacidad de sus telescopios para captar los objetos más débiles y los detalles más delicados. La informática también juega en su favor con la capacidad de procesar, realzar y sacar todos los matices posibles a una imagen, combinar múltiples tomas, y en fin, sacar bellas y sugestivas fotos de galaxias, nebulosas y cúmulos estelares. Mi apreciado y admirado colega Ramón Naves denomina a estos astrofotógrafos, con sorna, postaleros. Yo evitaré en todo momento un tratamiento que pueda sugerir desprecio hacia la astrofotografía estética; es una labor minuciosa que redunda en una divulgación exitosa. Una imagen bella deleita e interesa al público por la astronomía. Yo hace años fui bastante entusiasta de la astrofotografía, sin obtener grandes logros, por lo que respeto a los postaleros por su dedicación y esfuerzo.

Sin embargo, y es una razón de ser de este blog, las tecnologías de la imagen astronómica posibilitan captar objetos del cielo: asteroides, cometas, estrellas variables, estrellas dobles, galaxias, quasares, etc, en imágenes de las que luego podemos extraer información por la posición en la imagen o por la distribución y nivel de brillo. Podremos obtener astrometría, o sea, una medida muy precisa de su posición en el sistema de coordenadas celestes, o fotometría, una medida moderadamente precisa de su brillo.

Un observador en nuestros días, con un telescopio de menos de 20 centímetros de diámetro, puede registrar una débil supernova en una galaxia lejana, con magnitud 14 ó 15, y de inmediato, en un programa en su ordenador personal, puede obtener su valor de brillo en el sistema estándar de magnitudes, y sus coordenadas ecuatoriales con precisión de menos de 1 segundo de arco de error. Varias décadas atrás, solo astrónomos profesionales podían obtener esa información, y además solo tras un proceso tedioso que podía durar semanas, examinando placas con micrómetros, o midiendo la luz por medio de fotómetros fotoeléctricos.

Esta imagen de la galaxia NGC3621 es maravillosa, está hecha por un gran astrofotógrafo, fue imagen astronómica del día el 19 de septiembre de 2009 en la web de la NASA, y se puede aprender mucho sobre astrofísica examinandola con detenimiento, pero no nos sirve para hacer fotometría. Para darle su aspecto definitivo ha sido necesario combinar una serie de tomas que previamente han sido procesadas y alteradas en su rango tonal. Imagen de Robert Gendler.

En esta imagen, bastante fea, solo vemos un vulgar campo de estrellas. Además presenta un gradiente de brillo causado por la contaminación lumínica. Es una suma de 10 imágenes de 60 segundos cada una para obtener una exposición equivalente a 10 minutos. Se han sumado las imágenes tal y cómo han salido de la cámara, solamente procesadas para restar el ruido de la corriente de oscuridad y corregir el aplanamiento del campo (flat field, que ni siquiera se ha llegado a corregir bien del todo por unas malditas motas de polvo).
Al trabajar sobre la foto se han ajustado los niveles de brillo para una óptima visualización, pero sin cambiar los valores originales de cuentas. Pero en esta imagen ya podemos medir el brillo de las estrellas que aparecen registradas, es decir, hacer fotometría, por ejemplo de ese objeto marcado, de aspecto estelar, pero que no es una estrella de nuestra galaxia, sino un lejano quasar conocido por la denominación OJ 287.

Cuando tomamos imágenes para obtener datos, no hay bonitas vistas, pero pronto nos damos cuenta de que hay mucho campo donde jugar: podemos ver cómo cambian de brillo las estrellas, cómo estallan y se desvanecen supernovas, ¡nos damos cuenta de que el cielo está vivo y en constante cambio!

En esta imagen, de lo más sosa, podemos dedicarnos a medir el brillo de la estrella que aparece señalada. Si tomamos imágenes durante días sucesivos y medimos esa misma estrella nos damos cuenta de que su brillo es diferente de un día a otro:

Los valores de brillo toman a primera vista un aspecto disperso, pero se advierte una periodicidad. Por un algoritmo matemático se nos muestra que los datos presentan una periodicidad de 3.3 días. Si promediamos los puntos y los ajustamos según la fase obtenemos

Esa estrella anodina que se veía en la imagen es una estrella variable cefeida, denominada CK Camelopardalis, y hemos conseguido obtener esta curva de brillo típica con nuestras propias imágenes y el proceso de los datos en nuestro ordenador personal. Las estrellas variables cefeidas son muy importantes en la astrofísica por ser indicadores de distancias cósmicas.

Supernova 2005cs en la galaxia Messier 51. Esta imagen es una copia de la imagen original de la que se ha extraido la fotometría de la supernova. En algunos casos, especialmente si se trata de supernovas en otras galaxias, las imágenes para hacer fotometría llegan a ser bellas.