Les couleurs des images du télescope Webb sont-elles « fausses » ?

Les couleurs des images du télescope Webb sont-elles « fausses » ?

Une image en noir et blanc d'une nébuleuse est mise en contraste avec une image en couleur, résultat du travail de traitement des scientifiques.

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

Le 12 juillet, le premières images en couleurs du télescope spatial Webb a montré d’innombrables nébuleuses, galaxies et une exoplanète gazeuse comme jamais auparavant. Mais Webb ne capte que la lumière infrarouge et proche infrarouge, que l’œil humain ne peut pas voir, alors d’où viennent ces magnifiques couleurs ?

Les développeurs d’images de l’équipe de Webb sont chargés de transformer les données d’imagerie infrarouge du télescope en certaines des vues les plus vives du cosmos que nous ayons jamais eues. Ils attribuent diverses longueurs d’onde infrarouges aux couleurs du spectre visible, les rouges, bleus, jaunes familiers, etc. Mais si les images traitées par l’équipe de Webb ne sont pas au sens propre ce que le télescope a vu, ne sont pas inexactes.

“Quelque chose sur lequel j’ai essayé de changer l’avis des gens, c’est d’arrêter d’être obsédé par l’idée de ‘est-ce à quoi cela ressemblerait si je pouvais voler dans un vaisseau spatial et le regarder ?'”, a déclaré Joe DePasquale, un développeur. responsable principal de l’imagerie des données au Space Telescope Science Institute, lors d’un appel téléphonique avec Gizmodo. “Vous ne demandez pas à un biologiste si vous pouvez en quelque sorte vous réduire à la taille d’une cellule et regarder le coronavirus.”

Les images MIRI (à gauche) et NIRCam (à droite) du champ profond SMACS 0723 montrent comment les deux instruments voient l'espace différemment.

par Webb Premières images de test a aidé à vérifier l’alignement de ses rétroviseurs et a capturé un photo teintée d’orange du Grand Nuage de Magellan. Ces premiers instantanés n’étaient pas des images couleur représentatives; l’un utilisait un filtre monochrome (leur image était en niveaux de gris), et l’autre traduisait simplement la lumière infrarouge en bandes de couleur rouge à jaune visibles, afin que l’équipe puisse voir certaines caractéristiques du nuage qu’ils ont photographié. Mais maintenant, avec le télescope en marche, les images publiées sont pleines de couleurs brillantes, comme celle-ci récemment. portrait de galaxie roue de charrette.

L’astronomie se fait souvent en dehors du spectre visible, car bon nombre des objets les plus intéressants de l’espace brillent dans l’ultraviolet, les rayons X et même les ondes radio (la catégorie dans laquelle la lumière tombe dépend de la longueur d’onde du photon). ). Le télescope Webb est conçu pour voir la lumière infrarouge, dont les longueurs d’onde sont plus longues que la lumière visible rouge mais plus courtes que les micro-ondes.

La lumière infrarouge peut pénétrer d’épais nuages ​​de gaz et de poussière dans l’espace, permettant aux chercheurs de voir des secrets auparavant cachés de l’univers. Ce qui intrigue particulièrement les scientifiques, c’est que la lumière de l’univers primitif s’est étirée à mesure que l’univers s’est étendu, ce qui signifie que ce qui était autrefois de la lumière ultraviolette ou visible peut maintenant être de l’infrarouge (appelée lumière “déplacée” vers le rouge”).

Un graphique montrant comment les ondes infrarouges sont légèrement plus longues que les ondes lumineuses visibles, ce qui les rend plus rouges que la lumière visible la plus rouge.

“Ce sont des instruments que nous avons conçus pour étendre la puissance de notre vision, pour aller au-delà de ce dont nos yeux sont capables de voir la lumière à laquelle nos yeux ne sont pas sensibles, et pour résoudre les objets que nous sommes susceptibles de voir sur avec nos yeux », a déclaré DePasquale. “J’essaie de faire ressortir la plus grande quantité de détails et la plus grande richesse de couleurs et de complexité inhérentes aux données sans rien changer.”

Les images brutes de Webb sont si chargées de données qu’elles doivent être réduites avant de pouvoir être traduites en lumière visible. Les images doivent également être nettoyées des artefacts tels que les rayons cosmiques et les réflexions des étoiles brillantes qui frappent les détecteurs du télescope. Si vous regardez une image Webb avant de faire le travail de rendu, elle ressemblera à un rectangle noir parsemé de quelques points blancs.

Une image brute de la nébuleuse Carina vue par NIRCam est principalement noire pour l'œil humain, avec quelques taches blanches provenant de certaines sources lumineuses.  Il est clair que la lumière infrarouge ne peut pas être vue par l'œil humain.

Une image brute de la nébuleuse Carina vue par NIRCam, avant que la lumière infrarouge ne soit traduite en longueurs d’onde visibles.
Image: Institut des sciences du télescope spatial

Les falaises cosmiques de la nébuleuse Carina sont d'une couleur rouille vive contre le bleu profond du gaz ionisé et de l'espace lointain.

“Je pense qu’il y a des connotations qui accompagnent la” coloration “ou la” fausse couleur “qui impliquent qu’il y a un processus en cours où nous choisissons arbitrairement des couleurs pour créer une image en couleur”, a déclaré DePasquale. «La couleur représentative est le terme préféré pour le type de travail que nous faisons, car je pense qu’il englobe le travail que nous faisons pour traduire la lumière pour créer une image en vraie couleur, mais dans une gamme de longueurs d’onde à laquelle nos yeux ne sont pas sensibles. . ”

Les longueurs d’onde infrarouges plus longues se voient attribuer des couleurs plus rouges et les longueurs d’onde infrarouges plus courtes se voient attribuer des couleurs plus bleues. (Les lumières bleue et violette ont les longueurs d’onde les plus courtes dans le spectre visible, tandis que le rouge a les plus longues.) Le processus s’appelle le tri des couleurs et le spectre est divisé en autant de couleurs que l’équipement en a besoin pour capturer le spectre complet de la lumière représentée dans l’image.

“Nous avons des filtres dans les instruments qui collectent certaines longueurs d’onde de lumière, auxquelles nous appliquons ensuite une couleur plus proche de ce que nous pensons qu’elle sera à l’écran. [visible] spectre », a déclaré Alyssa Pagan, développeur d’imagerie scientifique au Space Telescope Science Institute, lors d’un appel téléphonique avec Gizmodo.

L’ordre chromatique dépend également des éléments photographiés. Lorsque vous travaillez avec des longueurs d’onde à bande étroite dans la lumière optique (oxygène, hydrogène ionisé et soufre, suggère Pagan), ces deux derniers émettent du rouge. L’hydrogène pourrait alors se transformer en 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 gravitationnels permettent aux engins spatiaux de rester en place sans brûler beaucoup de carburant.

Le télescope a été déployé en route vers L2, donc une fois là-bas, les scientifiques de la mission ont pu commencer à aligner les miroirs de l’observatoire de 10 milliards de dollars et à démarrer ses instruments. Le télescope dispose de quatre instruments : une caméra proche infrarouge (NIRCam), un spectrographe proche infrarouge, un instrument moyen infrarouge (MIRI), un capteur à guidage fin et un spectrographe sans fente pour cibler précisément les cibles et caractériser les atmosphères des exoplanètes. .

Les quantités volumineuses 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. MIRI, quant à elle, peut observer des disques de matière qui céderont la place aux planètes, ainsi que de la poussière chauffée par la lumière des étoiles.

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

Un quintette galactique vu dans trois filtres infrarouges moyens.  Dans l'infrarouge moyen, une teinte violette domine les galaxies au foyer, tandis que les galaxies d'arrière-plan sont une collection de rouges, de jaunes et de bleus.

Lorsque Webb a photographié le Quintette de Stephan, un regroupement visuel 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. Cependant, lorsque MIRI le voit, la poussière chaude domine 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 verrions éventuellement, riches en couleurs et en signification cosmique. Dans le cas du balayage des falaises cosmiques de la nébuleuse Carina, différents filtres ont capturé le gaz bleu ionisé et la poussière rouge. Lors des premiers passages à l’image de la nébuleuse, le gaz a obscurci la structure de la poussière, les scientifiques ont demandé à l’équipe d’imagerie de “réduire un peu le gaz”, a déclaré Pagan.

Collecter 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 est une toute autre bête.

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