ASTRONOMIA, O CÉU EM NOSSAS MÃOS UTILIZANDO O DS9

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE DEPARTAMENTO DE FÍSICA ASTRONOMIA, O CÉU EM NOSSAS MÃOS UTILIZANDO O DS9 São Cristóvão SE 2013

2 Pré-requisitos Conhecimentos de informática básica. Objetivos Obter arquivos de imagens no formato fits em bancos de dados de telescópios e manusear essas imagens com o DS9. Ao final da prática O aluno deve estar apto a utilizar os menus File, Frame, Zoom, Scale e Analysis do DS9; acessar imagens de bancos de dados de telescópios e manipulá-las, sendo capaz de construir imagens coloridas de objetos astronômicos. 2

3 1- LUZ: FÓTONS (FOTÕES) E CORES. Quando utilizamos telescópios, queremos coletar luz. Em alguns casos, são coletadas partículas. Assim obtemos informações sobre os astros. A luz é composta por elementos chamados de fótons. Cada fóton tem uma dada energia, e fótons de diversas energias juntos constituem a luz tal como a detectamos. Quando um filtro é utilizado em um telescópio, ele permite que apenas fótons com energias específicas sejam detectados, ou seja, fótons em certa faixa de energia. Costumamos chamar essas faixas de bandas e associamos cores a diferentes bandas. Por exemplo: se colocarmos um filtro azul no telescópio, somente os fótons com energia associada a tal cor conseguirão atravessar tal filtro. Os demais serão barrados e, portanto, construímos assim uma imagem azul. Nessa atividade, exploraremos três imagens da galáxia M51. Cada imagem foi obtida a partir de um filtro diferente. E vamos compor essas imagens em uma só, gerando ao final uma imagem colorida. Faremos isso com um aplicativo chamado DS9. 2- SOBRE O DS9 Você já notou que muitas de suas imagens têm nomes que terminam em.jpg? Isso quer dizer que elas foram guardadas em uma extensão conhecida como jpg (Joint Photographic Experts Group). As imagens astronômicas são usualmente armazenadas de outro modo, chamado fits (Flexible Image Transport System). O SAO Image DS9 é um aplicativo gráfico que permite a visualização e o manuseio de imagens fits. É com ele que nós vamos trabalhar a partir de agora. 3- FAZENDO O DOWNLOAD E INSTALANDO O DS9 O download do aplicativo DS9 pode ser obtido através do seguinte link: Clique na opção que corresponde ao sistema do seu computador e salve o arquivo. Localize o arquivo que foi baixado (que provavelmente estará na página Downloads) e inicie a instalação do programa clicando uma vez com o botão esquerdo do mouse no arquivo SAOImage DS9. 3

4 Figura 1: Página de download. Aparecerá a seguinte caixa de diálogo: Figura 2: Caixa de diálogo de segurança. Clique no botão executar, e aparecerá outra caixa de diálogo que contém a opção Unzip. Clique nesta opção. Figura 3: Caixa de diálogo com a opção para descompactar o arquivo baixado. Executar Unzip 4

5 Feito isso, o DS9 será instalado e se tudo der certo aparecerá um atalho na sua área de trabalho. Figura 4: Ícone do DS9. 4- ACESSANDO BANCO DE DADOS Os observatórios astronômicos profissionais geralmente disponibilizam suas observações em bancos de dados públicos que podem ser acessados através da internet. A seguir vamos acessar um desses bancos de dados, e recuperar dele imagens astronômicas ACESSANDO O BANCO DE DADOS DO SDSS Um projeto astronômico de observação de grande parte do céu é o SDSS (Sloan Digital Sky Survey), com imagens feitas a partir de um telescópio com abertura de 2,5 metros de diâmetro localizado no Apache Point Observatory, Novo México (EUA). É possível acessar seu banco de dados através do seguinte link: Ao fazer isso você será direcionado para a página ilustrada abaixo. Escreva no campo ao lado da palavra Name o nome do objeto astronômico do qual você quer uma imagem, e em seguida clique no botão Submit. Vamos explorar a galáxia M51. Esta é uma galáxia bastante interessante, pois se parece com a nossa. A sua estrutura lembra braços espirais, e por isso é uma galáxia espiral. Figura 5: Página de acesso ao banco de dados do SLOAN. 5

6 Aparecerá uma imagem do objeto escolhido e abaixo dela opções de imagens no formato fits. Cada uma das opções representa um filtro que é associado a uma dada cor. Clique nas opções que são iniciadas pelas letras u, g e r. Figura 6: Imagem da M51 na página de acesso ao banco de dados do SDSS. Abaixo da imagem, e ao lado da palavra download, circulados em vermelho estão os arquivos fits da imagem. Cada um dos arquivos representa um filtro utilizado. Assim que tiver terminado o download dos arquivos fits, eles estarão compactados e deverão ser descompactados. Descompacte-os em uma pasta criada para colocar as imagens que serão exploradas com o DS9. Feito isso será obtida uma imagem para cada filtro. Figura 7: Arquivos de imagens no formato fits (o arquivo descompactado é o que está precedido por uma folha em branco). As letras g, r e u representam os filtros: g para verde (green), r para vermelho (red) e u para azul (blue). 6

7 3.2- ACESSANDO BANCOS DE DADOS A PARTIR DO DS9 Também é possível acessar bancos de dados através de links contidos no próprio DS9, desde que seu computador esteja conectado à internet. Clique no menu frame e em seguida na opção new rgb. Frame new rgb Feito isso aparecerá uma janela com três opções de filtro. Figura 8: Acessando a janela RGB Figura 9: Janela RGB 7

8 A opção Red que representa o filtro vermelho já estará marcada no campo Current. A opção marcada no campo Current determina que a imagem referente ao filtro selecionado é a que pode ser manipulada. O campo View determina qual(is) imagem(ns) será(ão) observada(s). Desmarque os filtros Green e Blue no campo View (como feito na figura 8) para que seja vista a imagem correspondente ao filtro Red. Para acessar os bancos de dados contidos no DS9, clique no menu Analysis. Em seguida, clique no submenu Image Servers. Aparecerão várias opções de bancos de dados dos quais podem ser obtidas imagens fits. Clique na opção que desejar. Analysis Image Servers No exemplo a seguir, foi utilizada a base do HEASARC (The High Energy Astrophysics Science Archive Research Center) o principal banco de dados de missões da NASA (e outras) que lida com radiação eletromagnética proveniente de eventos astrofísicos extremamente energéticos. O espaço ao lado da palavra Object estará em branco. Nele deverá ser escrito o nome do objeto astronômico que se deseja trabalhar. 8

9 Clique no menu Survey e em seguida no submenu Optical. Aparecerão opções de filtro. Escolha uma delas. Recomendamos que seja escolhido r para o filtro Red, g para o Green e u para o Blue. Survey Optical Figura 11: Baixando a imagem com diferentes filtros. No menu Preferences clique na opção Current Frame. Dessa forma as imagens serão carregadas no mesmo frame. Em seguida clique no botão Retrieve para iniciar o carregamento da imagem na interface do DS9. Survey Optical Retrieve Figura 12: Opção Current Frame, esta opção permite que as imagens sejam baixadas no mesmo frame. 9

10 Após ser carregada aparecerá a imagem, como exemplificado na figura a seguir. Figura 13: Imagem baixada com o filtro vermelho ativado na janela RGB. Repita esses mesmos passos para os outros filtros, marcando a opção Green na janela rgb para obter uma imagem com o filtro verde e a opção Blue para obter uma imagem com o filtro azul. Lembre-se de desmarcar as opções de filtro que não estão sendo visualizadas. E no submenu Optical da janela de acesso ao banco de dados escolha a opção correspondente a cada filtro. Após carregar uma imagem para cada filtro, você poderá construir a imagem colorida. Figura 14: Imagem baixada com o filtro verde ativado na janela RGB. Figura 15: Imagem baixada com o filtro azul ativado na janela RGB. 10

11 5- CONSTRUINDO UMA IMAGEM COLORIDA Nessa etapa optamos por utilizar as imagens obtidas no banco de dados do SLOAN. Abra o DS9 e clique com o mouse no menu frame. Aparecerão vários submenus, e dentre eles estará o new rgb. Clique nele. frame new rgb Figura 16: Acessando a janela RGB A opção frame permite a visualização de várias imagens provenientes de arquivos fits. Permite ainda sobrepor as imagens de um mesmo objeto feitas com diferentes filtros. Ao clicar em new rgb aparecerá uma janela rgb, composta por três opções de filtro. Figura 17: Janela RGB com as opções para baixar e visualizar a imagem com o filtro vermelho (red) marcado. 11

12 Desmarque as opções Green e Blue. Dessa forma o filtro a ser observado será o vermelho (Red). Clique no menu file e em seguida na opção open. Acesse a pasta que contém os arquivos fits baixados e extraídos, e dê dois cliques no que representa o filtro vermelho. Observe que foi carregada uma imagem no DS9. Repita a operação para o filtro azul (Blue) e verde (Green). Você poderá utilizar o botão zoom, para obter melhor visualização da imagem. Pode obter mais opções de zoom em: Figura 18: Acessando o menu Zoom. O menu Zoom contém diversas opções de visualização e posicionamento da imagem. O retângulo azul, que está sinalizado pela seta vermelha na figura 19, delimita a área da imagem a ser observada na interface do DS9. As setas em amarelo determinam as coordenadas celestes. As setas verdes representam as coordenadas da imagem. 12

13 Figura 19: Retângulo delimitador da área observada e setas que representam as coordenadas. É possível mover o retângulo azul e mudar a área observada da imagem. Clique nele com o botão esquerdo do mouse e mantenha o botão pressionado enquanto o movimenta. Nessa condição o retângulo fará a mesma trajetória do mouse e a área dentro dele será a mostrada na interface. Será construída a imagem filtro por filtro. Para isso deixe marcada na janela rgb apenas uma opção do filtro por vez. Em seguida no DS9 clique no menu Scale e selecione o submenu Square Root. Scale Square Root Figura 20: Acessando o menu a opção Square Root no menu Scale. Isso suavizará as cores na sua imagem, priorizando os objetos menos brilhantes, e a cor referente ao filtro ficará mais nítida. 13

14 Em seguida com esse mesmo menu selecionado (Scale), clique no submenu Scale Parameters. Scale Scale Parameters Figura 20: Acessando a janela Scale Parameters através do menu Scale. Feito isso, aparecerá a seguinte janela: Figura 21: Janela Scale Parameters. As barras de ajuste estão nas extremidades; a barra vermelha na esquerda e a barra verde na direita. 14

15 Coloque a barra verde na última coluna da distribuição de pixels e em seguida clique em Apply. A figura abaixo demonstra a barra de ajuste verde já deslocada. O contraste e o brilho podem ser ajustados mantendo o botão direito do mouse pressionado e movendo-o sobre a imagem. Ao movimentar para direita ou esquerda é possível controlar o brilho, e para cima ou para baixo manipula-se o contraste. Outra forma de ajustar o contraste é indo no menu Color e clicando na opção Colormap Parameters. Color Colormap Parameters Figura 22: Acessando a janela Colormap Parameters, para o controle do contraste. 15

16 Aparecerá a seguinte janela:. Figura 23: Janela Colormap Parameters. Movendo as barras circuladas em vermelho na figura acima, você controlará o contraste (um ajuste fino) associado ao filtro selecionado. Assim que a imagem ficar como desejada, clique em Apply. Repita o mesmo procedimento para as imagens associadas aos outros dois filtros. Os resultados deverão ser similares às imagens abaixo. Figura 24: Imagem com filtro vermelho (Red) Figura 25: Imagem com filtro verde (Green) Figura 25: Imagem com filtro azul (Blue) 16

17 Com as três imagens prontas, basta combiná-las como uma única imagem, marcando todas as cores na janela do RGB da seguinte maneira: Figura 27: Janela RGB. Assim, você irá obter a imagem colorida do objeto astronômico como é feito profissionalmente e que deve ser parecida com a imagem abaixo. Figura 28: Imagem colorida de M51, utilizando os filtros vermelho (Red), verde (Green) e azul (Blue). 17

18 Perceba que na imagem criada há regiões com cores diferentes. Lembre que isso foi possível porque filtros diferentes foram utilizados para observar o mesmo objeto. O que representam essas cores? Um objeto astronômico emite luz em várias faixas de energia, porém essa emissão não é necessariamente idêntica para as diferentes regiões: há regiões do objeto que emitem mais em uma faixa de energia do que em outras. Isso pode estar relacionado, por exemplo, a regiões de diferentes temperaturas ou de diferentes densidades. Para concluir, salve a imagem que você produziu clicando no menu File e em seguida na opção Save Image. File Save Image Figura 29: Salvando a imagem colorida construída com o DS9. Aparecerá uma janela com opções de formato em que a imagem será salva. 18

19 Figura 30: Escolhendo o formato da imagem a ser salva. Escolha o formato e clique em. Feito isso você irá escolher a pasta em que vai salvar a imagem e clicar em Salvar. Aparecerá uma janela em que você pode determinar a qualidade da sua imagem. Figura 31: Definindo a qualidade da imagem a ser salva. Escolha o fator de qualidade que você quer ter na imagem a ser salva, movendo a barra branca para direita ou esquerda e em seguida clique em. Agora é com você! Escolha outros objetos celestes e crie imagens coloridas, como as feitas por profissionais! 19

20 6- REFERÊNCIAS 1- SCARANO JR, Sérgio. Manual de Utilização do DS9 2- LOPES DE OLIVEIRA, Raimundo. Investigando restos de supernovas a partir de observações Chandra em raios X, versão 0.1, 4 de outubro de DR9 Science Archive Server (SAS), acessado em 5 de agosto SAOImage DS9 acessado em 23 de julho de