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¿Qué significa saturar las estrellas en una imagen astronómica?

Las imágenes del cielo estrellado presentan un amplísimo rango dinámico. Esto quiere decir que la diferencia de luminosidad entre algunas zonas de la imagen (por ejemplo las estrellas, que son muy brillantes) y otras regiones es muy grande (miles de veces más brillantes unas zonas que otras).

Las cámaras actuales en una única toma no son capaces de distinguir todas las posibles variaciones de brillo que puede haber en una única toma. Por ejemplo, si queremos poder observar detalles y diferencias de intensidad en las zonas más oscuras de una nebulosa, las estrellas -que brillan muchísimo más- se saturarán (en el argot fotográfico habitual se dice que "se quemarán"). Es decir, las estrellas aparecerán como manchitas totalmente blancas, sin ningún tipo de detalle ni variación de brillo. De hecho en algunos casos el nivel de saturación es tan alto que incluso los píxeles centrales de la estrella pueden verse "negros", ya que la luminosidad de esos puntos "se sale de la escala".

Para la observación de Betelgeuse nos interesa captar variaciones de brillo en la estrella, por lo que debemos evitar que se produzca dicha saturación.

 

¿Cómo compruebo si estoy saturando Betelgeuse?

Los datos que almacenamos en un captura de imagen o video son una matriz de numeros enteros, dependiendo de la profundida de color o espacio de grises podemos tener resolucion de 8 bits, 12 bits, 14 bits, 16 bits... (actualmente hay alguna camara que supera los 16 bits). Esto significa que los enteros que se van a almacenar se encuentran entre un rango de 0 a 2⁸, 2¹², 2¹⁴, 2¹⁶, ... es decir 256, 4096, 16384, 65536. Los programas de captura normalmente escalan estos valores a 16 bits ya que las antiguas CCDs operan a ese rango. Cuando el valor de un pixel llega al final (en el caso de 16 bits a 65536) decimos que satura, ya que a partir de ese valor no vamos a obtener información, es decir, si un objeto brilla mas de esas cuentas no lo vamos a poder registrar.

Para poder leer estos valores almacenados en un fichero .fits son necesarios programas concretos que puedan manejar estos ficheros. El mas común es DS9, pero existen otros como Ain INDIGO Viewer u otros que se han usado tanto por profesionales como amateur como es el caso de MaxIm DL (de pago).

Una vez instalado nuestro software preferido de lectura de fits, podemos comprobar el valor que tienen los datos y si una estrella satura.

Abrimos una imagen donde haya estrellas y nos vamos al centro de dicha estrella. Dependiendo el software que estemos usando el valor que tiene ese pixel nos aparecerá en un sitio u otro.

 

Hay que tener cuidado ya que dependiendo del software usado escalan a valores distinto de la saturación real de 16bits aunque no afecta mucho puede que no tengamos el valor de 65536 exacto. Debemos comprobar que ninguno de los píxeles que forman nuestra estrella están cerca de dicho valor.

Otro aspecto a tener en cuenta es la linearidad de la camara. Cuando la camara/detector se pasa de ciertas cuentas (por ejemplo 40000) deja de ser lineal y comienza a tener un comportamiento extraño en cuanto al registro de la luz que recibe, por lo que deja de ser confiable. Por tanto es recomendable no pasar de aproximadamente 40000 para el pixel más brillante en el caso de las cámaras astronómicas.

 

Evitar saturar: Estrategias

• Desenfoca las estrellas. Aunque visualmente no resulte atractivo, la fotometría de la estrella puede hasta mejorar. Al desenfocar repartimos la luz de la estrella entre varios píxeles impidiendo la concentración en un único pixel central que puede saturar fácilmente.
• Usa un filtro R, o V, o B, por este orden de preferencia. No es imprescindible que sean filtros fotométricos. Valen los filtros R, G, B de color típicos de astrofotografía. Si hay saturación usad un filtro más estrecho aún. Los filtros SII, OIII y Halfa pueden usarse, por ese orden de preferencia.
• Si no tenéis filtro se puede construir un filtro casero para poner delante del telescopio con papel celofán rojo o similar, o vidrio tintado rojo.
• Si aún así hay saturación, usad una máscara con agujeros para tapar parcialmente la óptica del telescopio. Esa máscara puede hacerse con cartulina negra o cartón. Los agujeros tienen que estar por todos lados. No vale hacer un único agujero pequeño porque arruinaríais la observación por el centelleo atmosféricos.