L'approccio a basso costo alla scansione di lastre di vetro storiche offre una sorpresa astronomica

Un nuovo processo mette in luce un modo innovativo per mettere online le vecchie lastre di vetro... e ha rivelato una potenziale scoperta extra-galattica vecchia di oltre un secolo.

Non si sa mai quali nuove scoperte potrebbero nascondersi nelle vecchie osservazioni astronomiche. Per quasi cento anni a partire dalla fine del 19^nssecolo, la fotografia su lastra di vetro secca rivestita di emulsione era lo standard di scelta utilizzato dai grandi osservatori astronomici e dai rilievi per la documentazione e l'imaging del cielo. Queste enormi collezioni di lastre di vetro sono ancora in giro per il mondo, archiviate nelle biblioteche dell'osservatorio e negli archivi universitari. Ora, un nuovo progetto mostra come riportare alla luce le storie raccontate su questi vecchi piatti.

Si stima che più di 2,4 milioni di lastre di vetro siano disponibili nelle collezioni solo in Nord America. Questi sono stati presi a partire dal 1890 fino agli anni '70, quando i rivelatori CCD (Charged Couple Device) hanno iniziato a essere utilizzati per l'astronomia. Di questi, solo circa 400.000 lastre sono state digitalizzate per la ricerca di qualità, in particolare dal DASCH (il Digital Access to the Sky Century ad Harvard) e l'internazionale APPLAUSI (L'Archivio delle Lastre Fotografiche per USO Astronomico).

Un team del Dipartimento di Astronomia e Astrofisica dell'Università di Chicago e del Kavali Institute for Cosmological Astrophysics si è chiesto se potrebbe esserci un modo più semplice per portare queste vecchie lastre nell'era digitale moderna.

'Il processo di scansione delle lastre è in realtà abbastanza semplice', ha detto Will Cerny (Università di Chicago)Universo oggi. “Dopo aver selezionato una lastra, ci assicuriamo che la superficie sia pulita in modo che le particelle di polvere non vengano scambiate per stelle nell'immagine finale. Quindi, impostiamo il nostro scanner alla massima qualità possibile e produciamo un file di immagine. In effetti, stiamo considerando lo scanner come uno strumento scientifico: per ogni piccola informazione sulla lastra, otteniamo una resa digitale della quantità di luce trasmessa attraverso la fotografia. Da lì, carichiamo il file risultante su un sito Web che mappa le coordinate celesti sull'immagine, che crea anche un file in un formato standardizzato per l'analisi astronomica.

Il team si è rivolto a una fonte vicina, il Osservatorio Yerkes . Per lo studio, il team di digitalizzazione delle lastre di Yerkes voleva una lastra ideale per calibrare sia la luminosità stellare che lo sfondo del cielo, coprendo una fascia di cielo situata lontano dal piano galattico. Il team voleva anche lastre scattate in eccellenti condizioni del cielo, con lunghe esposizioni che rappresentassero una buona varietà di oggetti galattici in oggetti extragalattici per misurare la magnitudine limite.

Situato sulle rive del Lago di Ginevra nel Wisconsin meridionale e costruito dall'astronomo americano e produttore di telescopi George Ellery Hale nel 1897, Osservatorio Yerkes ospita anche una collezione di 150.000-200.000 lastre di vetro. Sebbene Yerkes sia la sede del grande telescopio da 40 pollici, il più grande rifrattore operativo al mondo, la maggior parte delle lastre della collezione sono state scattate utilizzando il riflettore Ritchey da 24 pollici a Yerkes a partire dal 1901 o presso l'Osservatorio McDonald nel Texas occidentale.

Il rifrattore Ritchey da 24 pollici, ora in mostra allo Smithsonian. Wikimedia Commons/Dominio pubblico.

L'era e l'utilizzo delle lastre di vetro per l'astrofotografia era spesso tediosa e ingombrante. Spesso, gli astronomi dovevano modellare a mano le lastre per adattarle a fotocamere specifiche utilizzando tronchesi diamantate. Quella che poi seguì fu spesso una notte fredda e buia all'oculare seguendo una stella guida, mentre si facevano le esposizioni necessarie. Queste tavole risultanti, tuttavia, servono come cronaca del cielo che abbraccia quasi un secolo.

Il grande rifrattore da 40 pollici all'Osservatorio Yerkes. Credito: Dave Dickinson.

Interpretando la scala di magnitudo sulle scansioni e calibrando le lastre per fattori come il bagliore del cielo, la luminosità della superficie e la saturazione (artefatti spesso introdotti dal processo fotografico e di scansione) si ottiene una magnitudine limite di +19 e il processo di scansione ha ottenuto una precisione di migliore di un decimo di magnitudine di luminosità. Per il contesto, un grande telescopio da cortile può tipicamente vedere fino a circa una magnitudine +14 in una notte limpida con un buon seeing, e le moderne rilevazioni di tutto il cielo a terra come PanSTARRS-1 hanno una magnitudine limite di circa 10.000 volte più debole, a circa magnitudo + 24.

'La semplicità del processo consente di digitalizzare un numero elevato di lastre in un tempo relativamente ridotto', afferma Cerny. “Ha anche il vantaggio di non richiedere uno scanner personalizzato, rendendolo accessibile ai team senza i mezzi per progettarne o acquistarne uno. Gli scanner personalizzati sono proibitivi. Se i nostri metodi possono essere generalizzati, allora le raccolte di lastre fotografiche provenienti da più osservatori potrebbero essere rese disponibili per l'uso nella ricerca scientifica”.

Alla fine, il team ha selezionato circa 50 lastre che soddisfacevano il criterio per lo studio. Il team ha utilizzato un disponibile in commercio Epson Expression 12000XL scanner per arti grafiche, velocizzando e snellendo notevolmente il processo. I file sono stati inizialmente scansionati come file .TIFF positivi (con stelle nere su sfondo bianco) quindi salvati come file FITS, un formato familiare a molti astrofotografi moderni. L'area di scansione mirata ha prodotto un campo visivo largo 1,5 gradi, circa tre volte il diametro di una luna piena. Sorprendentemente, una delle primissime lastre scansionate dal team (Ry60) scattata nel 1903 incentrata sulla galassia di magnitudine +10 NGC 7331 situata a 45 milioni di anni luce di distanza nella costellazione di Pegaso ha anche mostrato un visitatore a sorpresa: una 'stella' ospite o possibile supernova, non visibile nelle immagini di confronto SDSS (Sloan Digital Sky Survey). Se confermata, questa sarebbe la quarta supernova nota osservata in questa galassia.

La lastra del 1903 (negativa, con stelle luminose su sfondo nero) che mostra la supernova precedentemente inosservata (cerchiata). Credito: W. Cerny/Yerkes Plate Digitalization Team.

'Il nostro team aveva effettivamente scansionato un certo numero di lastre prima di stabilirsi su questa particolare lastra (Ry60) per la nostra carta... tuttavia, all'inizio non avevamo assolutamente idea che questa lastra nascondesse questa supernova candidata!' dice Cerny. “Stavamo esaminando l'immagine della galassia sulla lastra come parte della nostra analisi, che prevedeva il confronto della lastra con un'immagine moderna dello stesso campo di cielo. A un certo punto, abbiamo sbattuto le palpebre (rapidamente alternato) tra le due immagini e abbiamo notato quella che sembrava essere una stella presente sull'immagine della lastra. Il team ha anche eliminato altri potenziali falsi positivi, come un asteroide, un granello di polvere o una nova classica galattica, prima di misurare la luminosità dell'oggetto, coerente con una supernova lontana.

Una moderna immagine ottica e a raggi X di NGC 7331, che mostra una supernova del 2014 (riquadro) e la regione della supernova del 1903 (cerchio verde). Credito: NASA/CXC/CIERA/R. Margutti .

Nuovi misteri su vecchi piatti di vetro

A che servono le vecchie immagini su lastra di vetro del cielo? Ebbene, diversi studi recenti si sono rivolti alla documentazione che documenta il cielo di oltre un secolo fa. Quando gli astronomi hanno notato un anomalo oscuramento visto in La stella di Tabby KIC 8462852, hanno esaminato vecchie lastre di vetro della stessa regione per mostrare che la strana stella è in realtàdissolvenzasu scale temporali più lunghe. Un altro studio guardò la vicina nana bianca chiamata Van Maanen's Star e dimostrò che gli astronomi avevano potenzialmente documentato prove di esopianeti moooolto indietro nel 1917... se avessero saputo di cercarlo.

Una targa della serie Ritchey del 1903 raffigurante la Galassia di Andromeda (Messier 31). Nota che quando è stata scattata, sarebbe stata chiamata 'Nebulosa di Andromeda' (!) Credito: W. Cerny/Yerkes Plate Digitization Team.

Oltre a esaminare la variabilità delle stelle per lunghi periodi di tempo, le vecchie placche aprono la possibilità di osservare l'astrometria stellare o la posizione e il movimento delle stelle tramite il movimento proprio su una linea di base lunga più di un secolo. Il team ha utilizzato le misurazioni della missione Gaia dell'Agenzia spaziale europea per il confronto nello studio per dimostrare proprio questa tecnica. Gaia ha rilasciato il suo catalogo DR2 (Data Release 2) con oltre 1,6 miliardi di misurazioni della posizione stellare nel 2018 e solo di recente è diventato pubblico con EDR3 ( Versione anticipata dei dati 3 ) il 3 dicembre 2020, con la versione completa prevista per la fine del 2021.

Una scansione della serie di lastre Ritchey del 1903, centrata sulla Nebulosa Velo. La scansione è invertita da chiaro a scuro. Credito: W. Cerny/Yerkes Plate Digitalization Team.

Alla fine, il team e lo studio hanno dimostrato una tecnica a basso costo ma efficace per scansionare facilmente lastre di vetro astronomiche per una qualità a livello di ricerca, utilizzando apparecchiature disponibili in commercio. Il team ha anche piani a lungo termine da realizzare Scansioni di lastre Yerkes e registri disponibili online al pubblico tramite il sito web della Biblioteca dell'Università di Chicago.

Vale sicuramente la pena di preservare quelle immagini di lastre di vetro di un tempo. Chissà quali altre scoperte astronomiche aspettano di vedere la luce.

Leggi l'originale carta :Misure fotometriche precise da una lastra fotografica del 1903 utilizzando uno scanner commerciale.