Espectroscopía

En la FCAG, se estima que hay más de 15000 registros espectroscópicos impresos en placas de vidrio (Link interno a “Placas Espectrográficas”), tomados con instrumentos instalados en el Observatorio Astronómico de La Plata (OALP) y el Observatorio de Bosque Alegre de Córdoba (OAC ) y Cerro Tololo, en Chile. Estas observaciones constituyen un registro único, y de alto valor histórico, de diversos relevamientos del cielo Austral iniciados en el siglo pasado hasta la década del ’80, cuando comenzaron a operar los observatorios europeos y norteamericanos en Chile (Cerro Tololo, La Silla , y Las Campanas ) con nuevos detectores. El patrimonio astronómico argentino también incluye un porcentaje menor de observaciones realizadas en el hemisferio norte.

Entre estos registros podemos encontrar las grandes e invaluables colecciones pertenecientes a docentes investigadores de nuestra Universidad, datos que han sido recolectados a lo largo de sus investigaciones. Entre ellos podemos mencionar la colección del Dr. J. Sahade, A. Ringuelet y V. Niemela, las cuales comprenden observaciones de estrellas peculiares, binarias y/o cataclísmicas, que presentan eventos peculiares únicos periódicos (como eclipses en el caso de las binarias) y no periódicos (como eyecciones fuertes de material en el caso de estrellas tipo nova). Pocos datos han sido procesados y publicados en su momento, y actualmente el formato en que los datos observacionales están disponibles no es útil, ya que las máquinas que se deberían utilizar para acceder a ellos (densitómetros, por ejemplo) no están operativas. Por lo tanto, es necesario digitalizarlos y posteriormente convertirlos al formato estándar actual (formato FITS) de modo de acceder y procesar a estos datos con herramientas y software modernos.

El Nuevo Observatorio Virtual Argentino (NOVA) ha comenzado el proceso de recuperación de datos históricos comprando un equipo scanner Nikon 9000ED optimizado para placas fotográficas espectrales. Con este equipo, se han digitalizado datos de dos estrellas que fueron procesados y analizados para ver la calidad de la recuperación de los mismos con fines científicos. El trabajo realizado ha dado lugar a la tesis de Licenciatura de la Lic. Natalia Meilán, defendida en el 2018 (disponible en el SeDiCI).

Placas espectrográficas:

En tiempos previos a la era digital, se utilizaban diversos sistemas para registrar las observaciones. Los más comunes eran las placas fotográficas. Estas consisten de una base de vidrio con una emulsión fotosensible adherida a una de sus caras. Mediante efecto fotoquímico, la emulsión es capaz de reaccionar a los fotones, portadores de información astrofísica. La intensidad de la señal queda visibilizada en el oscurecimiento de la emulsión. Las placas fotográficas se utilizaron desde fines del siglo XIX hasta bien entrada la década del ’80 del siglo pasado y si bien actualmente se encuentran obsoletas, es importante remarcar su simplicidad y el gran tamaño que pueden llegar a alcanzar (característica ideal para realizar surveys de grandes áreas del cielo). Sin embargo presentan una eficiencia en la detección de tan sólo un 4 %, un rango dinámico limitado y una respuesta no lineal. Detectan fotones entre el ultravioleta cercano (los cuales fueron descubiertos con estos detectores) y los 8000 Å (límite IR del rango visible del espectro electromagnético). Estos detectores pueden ser utilizados tanto para fotometría como para espectroscopía.

Generalmente, las placas se encuentran almacenadas dentro de sobres de papel, los cuales cuentan, en su mayoría, con la información de la observación, como ser: nombre del objeto observado, nomenclatura de placa, fecha y hora de observación, tipo de lámpara de comparación, tipo de emulsión, observador, observatorio e instrumental utilizado, etc. Además, todos estos datos eran volcados en un cuaderno donde el observador también anotaba los detalles que creía relevantes, como por ejemplo, las condiciones meteorológicas de la noche de observación, la forma en la que estas placas habían sido tomadas, inconvenientes a la hora de la observación, etc.

Actualmente, estas placas están almacenadas en diversos lugares del Observatorio. A pedido de las museólogas se solicitaron: un estudio micológico de ambiente, mobiliario, y material fotográfico en vidrio (a cargo de la Dra. Lorena Elíades, la Lic. Natalia Ferreri y el Lic. Fabricio Valdez) y un diagnóstico de la presencia de artrópodos plaga (realizado por las Dras. Ana Igarreta y Roxana Mariani). En los respectivos enlaces se puede acceder a los respectivos informes.

PlateUNLP. Código abierto para la automatización de la digitalización de placas espectroscópicas.

En la mayoría de los casos, en las placas de vidrio se encuentran dos o más espectros correspondientes a distintas estrellas. Por lo que es necesario recortar las imágenes de las placas escaneadas para guardar de manera independiente cada uno de los espectros que se encuentran en la imagen.

Con el objetivo de acelerar los tiempos de recortado de los espectros y la carga de metadatos, se trabajó en colaboración con el Dr. Franco Ronchetti y el Dr. Facundo Quiroga, ambos investigadores del Instituto de Investigación en Informática LIDI (III-LIDI) de la Facultad de Informática de la UNLP. Junto a ellos fue posible desarrollar un software capaz de detectar los diferentes espectros que se encuentran en cada placa, recortarlos y exportarlos al formato FITS, estándar en astronomía. La detección se realizó con un modelo de Deep Learning entrenado específicamente para este problema. El sistema además permite ingresar y verificar los metadatos asociados a cada espectro de la placa. El desarrollo de la primera versión de este software fue realizada en el marco de la Práctica Profesional Supervisada de la carrera Ingeniería en Computación de la Facultad de Informática (UNLP) del estudiante (en aquél entonces) Nehuén Pereyra dirigida por el Dr. Ronchetti. La segunda versión fue realizada durante el año 2022 por el Lic. Santiago Ponte Ahón en el marco de su trabajo de Tesis de Licenciatura de la carrera Licenciatura en Sistemas de la Facultad de Informática (UNLP). La última versión, bautizada como PlateUNLP se encuentra disponible en github: https://github.com/midusi/PlateUNLP. Vale la pena mencionar que este software es el que actualmente se utiliza en el proyecto ReTrOH para recortar, completar los metadatos y exportar los espectros digitalizados.

En el marco de su Tesis de Doctorado el Lic. Santiago se centra en desarrollar la segunda etapa del software. Esto es, la automatización de la extracción y de la calibración en longitud de onda de los espectros. Para calibrar un espectro en longitud de onda es necesario contar con un espectro de lámpara de comparación, es decir una fuente luz compuesta por una mezcla conocida de gases. Por lo tanto, las longitudes de onda correspondientes a las líneas de emisión que se ven en su espectro también son conocidas. Con este espectro de lámpara es posible obtener una función f (x) = λ donde x es la posición (en pixeles) en la dirección de dispersión de una línea del espectro y λ la longitud de onda correspondiente. De este modo, es posible calibrar un espectro en longitud de onda.

Hasta el momento, el software es capaz de encontrar el rango de longitud de onda en el que se encuentra un dado espectro de lámpara de comparación compuesta por helio, neón y argón (HeNeAr). Para este desarrollo fue necesario estudiar y analizar diferentes herramientas capaces de comparar un espectro de lámpara HeNeAr “simulado” con un espectro empírico. Dicho espectro “simulado” fue construido con información obtenida del “Formulario de líneas de la base de datos de espectros atómicos del NIST” y cuyo rango de longitud de onda va desde los 0 Å hasta los 40000 Å. Mientras que el espectro de lámpara empírico, adquirido en CASLEO con el espectrógrafo Boller & Chivens, tiene un rango de longitud de onda menor que va desde los 3500 Å hasta los 5000 Å, aproximadamente. Para resolver este problema, Santiago desarrolló una pipeline que permite el ajuste automático de la longitud de onda de los espectros de las lámparas de comparación mediante la deformación temporal dinámica (DTW) entre las muestras empíricas y los datos simulados. Actualmente, el mejor modelo alcanza una media del 93% de intersección sobre la unión (IoU) en un conjunto de 32 placas calibradas manualmente. También se comenzó con el diseño de la interfase gráfica de esta parte del software.

Colecciones escaneadas: