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

Più di circa 2,4 milioni di lastre di vetro sono disponibili nelle collezioni solo in Nord America. Questi sono stati presi a partire dal 1890 fino agli anni '70, quando i rilevatori CCD (Charged Couple Device) hanno iniziato a entrare in funzione per l'astronomia. Di questi, solo una stima di 400, 000 lastre sono state digitalizzate per ricercare la qualità, in particolare dai progetti DASCH (il Digital Access to the Sky Century ad Harvard) e dai progetti internazionali APPLAUSE (The Archives of Photographic Plates for Astronomical USE).

Un team del Dipartimento di Astronomia e Astrofisica dell'Università di Chicago, e il Kavali Institute for Cosmological Astrophysics si è chiesto se potesse 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, " Will Cerny (Università di Chicago) ha detto a Universe Today. "Dopo aver selezionato un piatto, 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 immagine. In effetti, consideriamo lo scanner uno strumento scientifico:per ogni piccola informazione sulla lastra, otteniamo una resa digitale della quantità di luce trasmessa attraverso la fotografia. Da li, 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, l'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 prese in condizioni di cielo eccellenti, con lunghe esposizioni raffiguranti una buona varietà di oggetti galattici ed extragalattici al fine di 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, L'Osservatorio Yerkes ospita anche una collezione di 150, 000-200, 000 lastre di vetro. Sebbene Yerkes sia sede del Great 40" telescopio, 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.

L'era e l'utilizzo delle lastre di vetro per l'astrofotografia era spesso noioso e ingombrante. Spesso, gli astronomi hanno dovuto modellare a mano le lastre per adattarle a fotocamere specifiche utilizzando tronchesi diamantate. Quello che poi seguì fu spesso una fredda notte buia all'oculare seguendo una stella guida, mentre sono state effettuate le necessarie esposizioni. Queste lastre risultanti, però, servire come una cronaca del cielo che abbraccia quasi un secolo.

Interpretare la scala di magnitudo sulle scansioni e calibrare le lastre per fattori come il bagliore del cielo, la luminosità e la saturazione della superficie (artefatti spesso introdotti dal processo fotografico e di scansione) producono una magnitudine limite di +19, e il processo di scansione ha ottenuto una precisione migliore di un decimo di magnitudine in luminosità. Per contesto, un grande telescopio da cortile può tipicamente vedere fino a circa magnitudine +14 in una notte limpida con un buon seeing, e le moderne indagini di tutto il cielo a terra come PanSTARRS-1 hanno una magnitudine limite di circa 10, 000 volte più debole, intorno a magnitudo +24.

"La semplicità del processo consente di digitalizzare un gran numero di lastre in un tempo relativamente ridotto, " dice 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, quindi 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 uno scanner per arti grafiche Epson Expression 12000XL disponibile in commercio, velocizzare e snellire 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 di 1,5 gradi di larghezza, 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 confermato, questa sarebbe la quarta supernova nota osservata in questa galassia.

"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 placca nascondesse questa supernova candidata!" dice Cerny. "Stavamo esaminando l'immagine della galassia sulla lastra come parte della nostra analisi, che ha comportato 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 ha notato quella che sembrava essere una stella presente sull'immagine della lastra." Il team ha anche eliminato altri potenziali falsi positivi, come un asteroide, granello di polvere o una nova classica galattica, prima di misurare la luminosità dell'oggetto, coerente con una supernova lontana.

Nuovi misteri su vecchi piatti di vetro

A che servono le vecchie immagini su lastra di vetro del cielo? Bene, 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 Tabby's Star KIC 8462852, hanno guardato vecchie lastre di vetro della stessa regione per mostrare che la strana stella sta effettivamente svanendo su scale temporali più lunghe. Un altro studio ha esaminato la vicina nana bianca chiamata Van Maanen's Star e ha dimostrato che gli astronomi avevano potenzialmente prove documentate di esopianeti già nel 1917, se avessero saputo di cercarlo.

Oltre a considerare la variabilità delle stelle per lunghi periodi di tempo, le vecchie lastre 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 di recente è stato reso pubblico con EDR3 (Early Data Release 3) il 3 dicembre, 2020, con la versione completa prevista per la fine del 2021.

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 per rendere disponibili online al pubblico le scansioni delle lastre Yerkes e i libri di bordo 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.