NGC3372 y la banda estrecha (narrowband)

El uso de filtros de banda estrecha – narrowband en inglés – está adquiriendo una importancia cada vez mayor en esta actividad. Los precios de los filtros ya no son exorbitantes, permitiéndonos a los astrofotógrafos amateur acceder a los beneficios que acarrea su uso.

Normalmente utilizo una CCD a la cual le pongo delante distintos filtros. Cuando saco fotos “color” lo que hago es producir una imagen por cada canal, es decir, una para el rojo, otra para el verde y otra para el azul. Llamamos a esto “RGB” por las siglas en inglés (Red, Green y Blue). Luego, con un filtro claro se produce una cuarta imagen que usamos para luminancia (L), es decir, la intensidad del color. En las páginas web especializadas se las denomina LRGB.

En las cámaras digitales hogareñas, la de nuestros celulares y las cámaras “color” en general, el asunto funciona de la misma forma, pero “automágicamente”. La magia se produce por medio de una barrera de diminutos filtros de color llamada matriz de Bayer. En la astrofotografía con CCD y filtros ese proceso es distinto. En lugar de usar una matriz de miles de filtritos usamos un solo, grande, frente al chip de la cámara. Todo es manual, desde la captura de la foto hasta el “combinado” de cada canal en una imagen final. Como todo lo manual, nos da un grado de libertad casi absoluto.

La cámara que utilizo, una Apogee U8300, sólo ve en “blanco y negro”. Como comentaba más arriba, para que solo “vea” el color rojo debo ponerle delante un filtro rojo. Simple como eso. La ciencia detrás de esta simple explicación es un poco más compleja y está relacionada con la longitud de onda de la luz a la cual la cámara es sensible.

La wikipedia nos dice:

[box] La luz visible es una onda electromagnética, que consiste en oscilaciones eléctricas y campo magnéticos que viajan por el espacio. La frecuencia de la onda determina el color: 4×10¹⁴ Hz es la luz roja, 8×10¹⁴4 Hz es la luz violeta, y entre estos (en el rango de 4-8×10¹⁴ Hz) están todos los otros colores del arco iris. Una onda electromagnética puede tener una frecuencia de menos de 4×10¹⁴ Hz, pero no será visible para el ojo humano, tales ondas se llaman infrarrojos (IR). Para frecuencias menores, la onda se llama microondas, y en las frecuencias aún más bajas tenemos las ondas de radio. Del mismo modo, una onda electromagnética puede tener una frecuencia mayor que 8×10¹⁴4 Hz, pero será invisible para el ojo humano, tales ondas se llaman ultravioleta (UV). Las ondas de frecuencia mayor que el ultravioleta se llaman rayos X, y con frecuencias más altas aún encontramos los rayos gamma.

[/box]

Puesto en términos más simples podemos decir que un filtro de “rojos” solo le permitirá “ver” a la cámara la luz cuya longitud de onda se encuentre entre 600 y 700 nanómetros. Es un espectro más reducido del que el ojo humano es capaz de ver. El filtro azul sólo dejará pasar la luz cuya onda oscile con longitud entre 400 y 500 nm y así con cada color primario. A este espacio o rango de luz que el filtro deja pasar se lo llama “bandpass”

Podemos entonces “mapear” una longitud de onda con un color. Estos números son aproximados y los redondeo para no aburrir. Sheldon Cooper se ofendería. Pero un poco de precisión es necesaria. Se ha medido la longitud de onda por ejemplo de la luz de sodio, tan común en la iluminación artificial de autopistas y caminos en general. Y empresas como Lumicon ofrecen filtros “anti-polución” para que nuestras fotos salgan mejor. Puntualmente utilizo un Lumicon Deep Sky que filtra luz producida por iluminación artificial, vapor de neon y otras fuentes de contaminación lumínica natural como el “sky glow” entre los 480 y 530 nm.

Existen hoy en día ruedas de filtros, donde colocamos varios filtros a la vez y por medio de software y una conexión USB controlamos qué filtro se pondrá delante de la cámara. Hace no mucho tiempo atrás había que desarmar, correr el filtro y colocar uno nuevo, lo que ponía en peligro el encuadre de la foto, el foco y demás. Hoy el mismo programa de captura da instrucciones en forma directa a la rueda de filtros indicando cuál es el que vamos a poner delante del ojo de la cámara. La imagen a la derecha es una rueda de filtros Atik EFW-2 igual a la que usé para producir la foto de la nebulosa del artículo.

Dentro de esta rueda en particular hay lugar para 7 filtros redondos. Utilizo los Astronomik que me han dado muy buen resultado. Cuento con los 7 filtros para la rueda, Rojo, Verde, Azul, Claro (para luminancia), Hidrógeno, Oxígeno y Azufre. Estos 3 últimos filtros son los que motivan este artículo.

Más arriba explicaba que se puede mapear una determinada longitud de onda con un color del espectro visible de luz. Cuando digo visible me refiero a lo que ojo humano puede ver. Debajo del rojo nos referimos al infra rojo que marca el límite inferior de este espectro y por encima del azul hablamos de ultra violeta, límite superior. Si en lugar de filtrar la luz de determinados colores pudiéramos sólo hacer que la cámara vea un muy estrecha banda de luz (bandpass) en una muy específica longitud de onda podríamos concentrarnos en un elemento en especial, como por ejemplo el hidrógeno ionizado.

Los objetos del espacio profundo emiten luz en diversas frecuencias. Un tipo de objeto en especial es el que nos interesa en la astrofotografía de banda estrecha. Son las llamadas nebulosas de emisión. Las nebulosas están compuestas por gas, generalmente hidrógeno y helio y elementos pesados en formas de polvo cósmico. Las nebulosas de emisión se “iluminan” por la radiación ultravioleta de estrellas en vecinas calientes. El gas es ionizado por esa radiación emitiendo luz con longitudes de onda bien diferenciadas. El tema de cómo un átomo de hidrógeno absorbe energía y emite fotones es merecedor de libros enteros. Para investigar un poco seguir este link de la Wikipedia.

Si analizamos el espectro de la nebulosa veremos que está compuesto por una multitud de líneas de emisión de los elementos químicos que albergan. La línea de emisión más brillante e importante es H-alfa (de la serie de Balmer del hidrógeno), localizada en la zona roja del espectro (a 6562,82 Å), siendo éste el motivo por el que dicho color domine en las imágenes tradicionales de nebulosas de emisión. Pero también se detectan líneas de emisión de helio, oxígeno, nitrógeno, azufre, neón o hierro. Dependiendo de la naturaleza de la nebulosa de emisión, se subdividen en dos grupos totalmente distintos.

1) Las nebulosas de emisión asociadas a regiones de formación estelar, es decir, en presencia de estrellas muy jóvenes, masivas y calientes, incluso en proceso de formación (plópidos y objetos Herbig-Haro) y a nubes moleculares. El caso más famoso es la Nebulosa de Orión (M42), la más cercana a la Tierra, pero otros ejemplos destacables son la Nebulosa del Águila (M16, en la constelación de la Serpiente), la Nebulosa Trífida (M20, en Sagitario) o la Nebulosa de la Laguna (M8, también en Sagitario).

2) Las nebulosas de emisión asociadas a estrellas moribundas o ya extintas se denominan nebulosas planetarias y restos de supernova. Las primeras no tienen nada que ver con los planetas: son las envolturas de estrellas de masa baja o intermedia expulsadas al espacio al final de sus ciclos evolutivos. En ellas, el gas es excitado por un objeto muy pequeño y caliente, una enana blanca, que es el núcleo expuesto de la estrella muerta. Ejemplos conocidos de este tipo de nebulosa son la Nebulosa del Anillo (M57, en la Lira) y la Nebulosa de la Hélice (NGC 7293, en Acuario).

El resto (o «remanente») de supernova es el material liberado en la titánica explosión que pone fin a las estrellas masivas. El gas de este tipo de nebulosas puede ser afectado tanto por la propia energía entregada por la supernova, como por la emisión de una posible estrella de neutrones (un púlsar) en su seno. Tal vez ejemplo más famoso de resto de supernova sea la Nebulosa del Cangrejo (M1, en la constelación de Tauro).

Bien, ahora, como ponemos todo es conocimiento al servicio de una linda foto?

Sabemos que las nebulosas que queremos fotografiar están compuestas por gases, siendo los más comunes el hidrógeno alfa, el azufre II y el oxígeno III. (Info extra acerca de la nomenclatura)

La línea de emisión del hidrógeno alfa es “visible” en 656.3nm (dentro de los “rojos”), el Oxígeno III en 500.7nm (familia de los azules) y el Azufre II (Sulphur en inglés) en 672.4nm, nuevamente en la familia de los rojos.

Ahora bien, si mapeamos cada uno de estos elementos con sus longitudes de onda a un color en particular podemos obtener un sistema de colores propio. Algunos lo llaman “color falso”. Yo prefiero decir que mapeo colores a longitudes de onda. El telescopio espacial Hubble produce imagenes mapeando el Azufre (Sulphur en inglés) como rojo, el Hidrógeno como verde y el Oxígeno como azul. Se la conoce como paleta Hubble. Tenemos entonces que el RGB del que hablábamos más arriba se transforma en un SHO (Sulphur, Hydrogen, Oxygen). El Canada France Hawaii Telescope produce con su propio sistema de color llamado HOS. Es decir, el hidrógeno como rojo, el Oxígeno como verde y el Azufre como azul. Cual es más lindo ya es un tema personal. A esta paleta de color se la denomina CFHT palette.

Los detractores de este sistema de color, además de llamarlo falso, critican principalmente que la astrofotografía que se produce no es real. Que no es lo que se “ve”. Yo sostengo que tampoco son las LRGB, ya que si miramos la nebulosa de Orion (M42) o la de Carina (NGC 3372, ver más abajo) por un telescopio veremos una tenue mancha verdosa grisácea. Nuestros ojos simplemente no pueden ver lo mismo que nuestras cámaras. Por otro lado, lo que la cámara “ve” si es real. Limitado por el filtro que evita que pase luz con otra longitud de onda. Dejamos entonces la apreciación de la foto a la subjetividad de cada observador.

Una característica fundamental de este tipo de astrofotos es la menor contaminación lumínica. Simple. La luz de sodio, la luz de la luna y el sky glow en general son casi totalmente excluídos de lo que la cámara puede ver cuando se le pone unos de estos filtros delante. Los tiempos de exposición necesarios para producir la imagen si triplican generalmente, pero vale la pena!

La foto al final de este artículo fue producida usando la paleta Hubble con exposiciones de tan solo 5 minutos. Espero que les guste.

400kb – 800 x 603

1.7Mb – 1920 x 1443

(Click para ampliar)