Vendo Cores: Filtros de cor em telescópios

Imagem de capa: Nebulosa da Águia.

Vamos observar duas imagens da mesma região da Nebulosa da Águia, da Constelação da Serpente, registrada de formas diferentes.

Cada imagem é apresentada de 4 modos diferentes. Primeiro, ela é vista com toda luz visível, uma combinação de cores semelhante ao que um observador veria com um telescópio sensível. E nas outras imagens, temos 3 registros produzidos com filtros de luz: filtro vermelho, filtro verde e filtro azul, cada um deixando passar apenas sua cor preferencial.

Primeira Imagem da Nebulosa da Águia

Na imagem de luz visível, aparecem:

• Estrelas de diversas cores e brilhos.
• A nebulosa com tons rosados, resultado da emissão de gáses ionizados.
• Regiões escuras de poeira interestelar, que absorvem e bloqueiam a luz das estrelas situadas atrás delas.
• Contraste relativamente alto entre áreas iluminadas e nuvens escuras.
• As estruturas escuras parecem “recortar” a nebulosa porque a poeira absorve fortemente a luz visível, principalmente os comprimentos de onda mais curtos (azul e verde).

O que o filtro vermelho revela

Na imagem com filtro vermelho, o filtro produz vários efeitos importantes:

Penetração maior através da poeira: A luz vermelha sofre menos espalhamento e menos absorção pela poeira interestelar do que a luz azul. Por isso, o filtro vermelho consegue:

• Mostrar estrelas que estavam parcialmente escondidas na imagem visível.
• Revelar detalhes internos da nebulosa.
• Permitir enxergar mais profundamente dentro das nuvens de gás e poeira.

Note que várias áreas escuras da imagem visível aparecem menos opacas na imagem com filtro vermelho.

Aumento da emissão do hidrogênio: Grande parte do brilho das nebulosas de formação estelar vem da linha espectral H-alfa (656,3 nm), emitida pelo hidrogênio ionizado. O filtro vermelho destaca essa emissão, tornando mais evidentes: filamentos de gás, frentes de ionização e estruturas associadas ao nascimento de estrelas. Por isso a nebulosa parece mais extensa e brilhante na imagem com filtro vermelho.

Mais estrelas avermelhadas: as estrelas jovens ou estrelas vistas através de grandes quantidades de poeira tornam-se relativamente mais brilhantes no vermelho. Consequentemente:

• Surgem mais pontos estelares na imagem filtrada.
• Alguns membros do aglomerado central destacam-se melhor.

Melhor definição das nuvens escuras: Embora o filtro permita enxergar mais através da poeira, ele também enfatiza as bordas das nuvens densas. As silhuetas escuras observadas perto da região central aparecem com contornos mais definidos, mostrando a complexa estrutura da matéria interestelar.

O principal ganho do filtro vermelho é a capacidade de atravessar parcialmente as nuvens de poeira e destacar a emissão do hidrogênio ionizado, revelando regiões de formação estelar, filamentos gasosos e estrelas que ficam ocultas ou pouco visíveis na observação em luz visível. Em outras palavras, ele permite enxergar mais profundamente o interior da Nebulosa da Águia e compreender melhor sua estrutura física.

O que o filtro verde revela?

Com o filtro verde, o resultado é quase o oposto do observado com o filtro vermelho.

• As estrelas continuam muito evidentes, especialmente as mais quentes e brilhantes.
• A nebulosa ainda é visível, mas com menos contraste e menos extensão aparente do que na imagem vermelha.
• As regiões escuras de poeira aparecem relativamente mais destacadas porque o verde sofre mais absorção pela poeira interestelar do que o vermelho.
• O gás difuso parece mais fraco e menos uniforme.

Isso acontece porque a poeira interestelar não bloqueia todos os comprimentos de onda da mesma forma.

• Luz azul: é a mais espalhada e absorvida.
• Luz verde: sofre absorção intermediária.
• Luz vermelha: atravessa a poeira com mais facilidade.

Assim, o filtro verde penetra menos profundamente na nebulosa do que o vermelho.

O que o filtro verde revela melhor?

Contraste das nuvens de poeira: Os filamentos escuros e as colunas de poeira tendem a se destacar melhor porque bloqueiam uma fração maior da luz verde. Na imagem, a faixa escura à esquerda e os “colunas” escuras próximos ao centro aparecem com contornos bastante evidentes.

Estruturas iluminadas por estrelas jovens: A luz verde capta parte da radiação refletida pela poeira ao redor das estrelas jovens e do aglomerado central. Isso ajuda a visualizar: regiões de reflexão, limites entre gás e poeira, e áreas onde a radiação estelar está esculpindo a nebulosa.

Distribuição estelar: Comparada à imagem vermelha, a imagem verde mostra relativamente menos estrelas ocultas por poeira. Isso ocorre porque parte das estrelas de fundo continua escondida pelas nuvens escuras.

O que o filtro azul revela?

O filtro azul produz o efeito mais extremo dos três. Em comparação, a nebulosa praticamente “desaparece” em relação às imagens vermelha e verde, enquanto as regiões escuras de poeira ficam muito evidentes.

• O brilho difuso da nebulosa está muito mais fraco.
• O aglomerado central de estrelas continua visível.
• As nuvens de poeira aparecem como silhuetas escuras mais destacadas.
• Há menos estrelas visíveis no interior das regiões densas da nebulosa.
• A estrutura geral parece mais “apagada” e menos extensa.

Por que o azul é tão diferente?

A poeira interestelar espalha a luz azul muito mais eficientemente do que a luz vermelha. É o mesmo fenômeno que torna o céu da Terra azul: partículas pequenas espalham preferencialmente comprimentos de onda curtos.

Na Nebulosa da Água isso significa que:

• a luz azul das estrelas é fortemente bloqueada e espalhada;
• a luz azul emitida ou refletida dentro da nebulosa tem mais dificuldade para chegar até nós;
• regiões densas de poeira tornam-se muito opacas.

O que o filtro azul revela melhor?

Estruturas de poeira: O azul enfatiza o efeito de extinção causado pela poeira interestelar. Por isso os “canais”, filamentos e colunas escuras aparecem com alto contraste contra o fundo brilhante.

Estrelas mais quentes: Estrelas muito quentes, jovens e massivas emitem grande quantidade de luz azul. Essas estrelas tendem a se destacar mais no filtro azul do que estrelas frias avermelhadas.

Nebulosidade por reflexão: Se houver regiões onde a poeira apenas reflete a luz das estrelas próximas (nebulosas de reflexão), estas costumam aparecer relativamente brilhantes em azul. No entanto, a Nebulosa da Águia é dominada por emissão do gás hidrogênio, que brilha principalmente no vermelho. Por isso a nebulosa perde muito brilho quando observada apenas em azul.

Comparação dos três filtros

Se imaginarmos a nebulosa como uma floresta envolta por neblina:

• Azul → vê principalmente a neblina e os obstáculos.
• Verde → começa a enxergar parte do interior.
• Vermelho → consegue atravessar grande parte da neblina e revelar o que está escondido atrás.

nas três imagens, o filtro azul é o que melhor evidencia a poeira interestelar, o filtro vermelho é o que melhor revela o gás ionizado e as regiões internas de formação estelar da Nebulosa da Águia.

Segunda Imagem da Nebulosa da Águia

Nesta segunda imagem, vamos imaginar a própria Nebulosa contando sua história.

Os astrônomos me chamam de Nebulosa da Águia, mas esse nome é apenas um dos muitos que recebi ao longo de minha jornada. Nasci há milhões de anos em uma vasta nuvem de hidrogênio, poeira e elementos forjados por estrelas que viveram e morreram antes de mim.

O nome surgiu porque sua forma lembra uma águia com as asas abertas quando observada em fotografias e desenhos astronômicos. Ela foi descoberta pelo astrônomo suíço Jean-Philippe de Chéseaux em 1745-1746. Mais tarde, foi observado independentemente por Charles Messier, que o incluiu em seu catálogo como M16.

Eu fiquei mundialmente famosa em 1995 por causa da imagem dos Pilares da Criação, registrada pelo Telescópio Espacial Hubble.

Tenho um aglomerado de estrelas jovens de idade estimada entre 1 e 2 milhões de anos. Mas a minha região mais ampla tem cerca de 5,5 milhões de anos.

Sou ao mesmo tempo berçário e monumento: dentro de mim nascem estrelas; ao meu redor, as estrelas transformam minha aparência sem cessar.

Quando vocês me observam da Terra, veem uma imensa nuvem luminosa na Constelação Ocidental da Serpente, perto da fronteira com a Constelação Ocidental do Escudo.

Mas seus olhos não captam toda a minha história. Cada uma de minhas cores revela um capítulo diferente daquilo que sou.

Quando me observam em luz visível

Vocês enxergam um brilho rosado espalhado por minhas nuvens. Esse rosa vem principalmente do hidrogênio aquecido pela intensa radiação das estrelas jovens que habitam meu interior. Elas inundam o espaço com luz ultravioleta e fazem meus gases brilharem como uma gigantesca lâmpada cósmica.

Também percebem sombras escuras recortando meu corpo. Essas sombras não são vazios. São regiões densas de poeira e gás, tão espessas que bloqueiam a passagem da luz. Entre elas ergue-se minha estrutura mais famosa: os Pilares da Criação. Parecem montanhas cósmicas, mas são colunas frias e densas onde novas estrelas continuam surgindo.

O que revelo através do filtro azul

Quando os astrônomos me observam com filtro de luz azul, torno-me mais intrigante.

A luz azul tem dificuldade para atravessar minha poeira. Por isso minhas regiões densas ficam mais escuras e dramáticas.

Eu diria aos observadores: “Agora vocês veem minhas cicatrizes.”

Nessa visão, as estrelas mais quentes destacam-se com intensidade.

A poeira aparece como uma cortina opaca escondendo muitos dos meus objetos.

Os pilares parecem maiores, pois a luz azul é facilmente bloqueada por eles.

O azul revela onde a poeira domina.

O que revelo através do filtro verde

No verde, começo a abrir um pouco mais meu véu. As fronteiras entre gás e poeira tornam-se evidentes.

Os contornos de minhas nuvens aparecem desenhados com nitidez.

É como observar uma floresta ao amanhecer: nem tudo está escondido, nem tudo está revelado.

Os astrônomos conseguem perceber melhor a arquitetura das nuvens, os vales escuros e as regiões esculpidas pelos ventos estelares. O verde mostra minha estrutura.

O que revelo através do filtro vermelho

No vermelho, torno-me mais transparente. Os comprimentos de onda maiores atravessam parte da poeira que antes ocultava meu interior. Estrelas escondidas começam a surgir. Filamentos de gás ionizado brilham com intensidade.

Então eu lhes diria: “Agora vocês começam a enxergar meu coração.”

O vermelho revela os locais onde jovens estrelas aquecem o gás ao redor. Mostra cavernas escavadas pela radiação estelar e regiões que antes pareciam completamente escuras.

Aquilo que no azul era sombra, no vermelho passa a mostrar profundidade. ovas estrelas diante dos olhos de quem aprende a enxergar além da luz visível.

Quando observam no infravermelho

Mas há um momento em que realmente me desnudo. Quando telescópios usam filtros para comprimentos de onda de

• 0,75 micrômetros, estão na fronteira do vermelho.
• 4,5 micrômetros, Infravermelho próximo/médio (do vermelho)
• 8 micrômetros, Infravermelho médio
• 24 micrômetros, Infravermelho médio distante

a maior parte da poeira deixa de esconder o que existe atrás dela. É como se uma neblina espessa desaparecesse.

Subitamente surgem centenas de estrelas jovens até então invisíveis.

Os famosos Pilares da Criação já não parecem muralhas sólidas. Tornam-se estruturas semitransparentes, revelando estrelas recém-nascidas embutidas em seu interior.

Nessa visão eu sussurraria: “Aqui estão meus filhos.“

• A emissão em 4,5 μm mostra estrelas jovens e gás aquecido.
• A emissão em 8 μm faz brilhar a poeira e moléculas complexas espalhadas por minhas nuvens.
• A emissão em 24 μm destaca a poeira aquecida pelos berçários estelares mais ativos, indicando onde a formação de estrelas acontece neste exato momento.

Ver, Ouvir e entender estrelas

O filósofo francês Auguste Comte (1798-1857), em sua obra Cours de Philosophie Positive (1835), afirmou que a humanidade jamais conseguiria descobrir a composição química das estrelas. Segundo Comte, poderíamos conhecer seus movimentos, tamanhos e distâncias, mas nunca sua constituição material.

Essa ideia começou a ser derrubada pelo físico alemão Gustav Kirchhoff. Em 1859, trabalhando com o químico Robert Bunsen, Kirchhoff demonstrou que cada elemento químico produz linhas espectrais características, funcionando como uma “impressão digital” da matéria. Isso permitia identificar a composição de uma substância apenas analisando sua luz.

Poucos anos depois, o astrônomo inglês William Huggins aplicou a espectroscopia aos astros, mostrando que a técnica também funcionava para estrelas e nebulosas. Dessa forma, a previsão de Comte foi definitivamente refutada.

Uma curiosidade histórica importante: o elemento hélio foi descoberto primeiro no espectro do Sol antes de ser encontrado na Terra, uma demonstração impressionante de que a composição química das estrelas podia realmente ser determinada.

Graças a sensores especiais, os telescópios atuais podem ver além do espectro visível do olho humano e registrar a emissão e absorção de todo tipo de ondas eletromagnéticas, ampliando nossa compreensão da composição das estrelas, nebulosas e outros tipos de astros.

Pilares da Criação, imagens do Telescópio Hubble e do Telescópio Webb lado a lado. Crédito: NASA, ESA, CSA, STScI, Hubble Heritage Project; Processamento de imagem: Joseph DePasquale (STScI), Anton Koekemoer (STScI), Alyssa Pagan (STScI).

Estas imagens são composições de exposições separadas adquiridas pelo instrumento WFC3 do Telescópio Espacial Hubble e pelo instrumento NIRCam do Telescópio Espacial James Webb.

Vários filtros foram usados ​​para amostrar diferentes faixas de comprimento de onda.

A cor resulta da atribuição de diferentes tonalidades (cores) a cada imagem monocromática (em tons de cinza) associada a um filtro individual. Neste caso, as cores atribuídas são:

• HST Esquerda> Azul: F502N, Verde: F657N, Vermelho: F673N;
• Webb Direita> Roxo: F090W, Azul: F187N, Ciano: F200W, Amarelo: F335M, Laranja: F444W, Vermelho: F470N