On ne sait jamais quelles nouvelles découvertes pourraient se cacher dans les anciennes observations astronomiques. Pendant près de cent ans à partir de la fin du 19e siècle, La photographie sur plaque de verre sèche enduite d'émulsion était la norme de choix utilisée par les grands observatoires et relevés astronomiques pour documenter et imager le ciel. Ces grandes énormes collections de plaques de verre existent toujours dans le monde entier, classés dans les bibliothèques de l'observatoire et les archives universitaires. Maintenant, un nouveau projet montre comment nous pourrions remettre en lumière les histoires racontées sur ces vieilles assiettes.

On estime à plus de 2,4 millions le nombre de plaques de verre dans les collections en Amérique du Nord seulement. Celles-ci ont été prises à partir des années 1890 jusqu'aux années 1970, lorsque les détecteurs CCD (Charged Couple Device) ont commencé à être mis en ligne pour l'astronomie. Parmi ceux-ci, seulement environ 400, 000 planches ont été numérisées pour rechercher la qualité, notamment par les projets DASCH (le Digital Access to the Sky Century à Harvard) et les projets internationaux APPLAUSE (The Archives of Photographic Plates for Astronomical USE).

Une équipe du Département d'Astronomie et d'Astrophysique de l'Université de Chicago, et le Kavali Institute for Cosmological Astrophysics s'est demandé s'il n'y aurait pas un moyen plus simple de faire entrer ces vieilles plaques dans l'ère numérique moderne.

« Le processus de numérisation des plaques est en fait assez simple, " Will Cerny (Université de Chicago) a déclaré à Universe Today. " Après avoir sélectionné une assiette, nous veillons à ce que la surface soit propre afin que les particules de poussière ne soient pas confondues avec des étoiles dans l'image finale. Puis, nous réglons notre scanner à la plus haute qualité possible et produisons un fichier image. En effet, nous considérons le scanner comme un instrument scientifique :pour chaque petite information sur la plaque, nous obtenons un rendu numérique de la quantité de lumière transmise à travers la photographie. De là, nous téléchargeons le fichier résultant sur un site Web qui mappe les coordonnées célestes sur l'image, qui crée également un fichier dans un format standardisé pour l'analyse astronomique."

L'équipe s'est tournée vers une source proche, l'Observatoire Yerkes. Pour l'étude, l'équipe de numérisation de plaques Yerkes voulait une plaque idéale pour calibrer à la fois la luminosité stellaire et le fond du ciel, couvrant une bande de ciel située loin du plan galactique. L'équipe voulait également des plaques prises dans d'excellentes conditions de ciel, avec de longues expositions représentant une bonne variété d'objets galactiques et extragalactiques afin d'évaluer la magnitude limite.

Situé sur les rives du lac Léman dans le sud du Wisconsin et construit par l'astronome américain et fabricant de télescopes George Ellery Hale en 1897, L'observatoire Yerkes abrite également une collection de 150, 000-200, 000 plaques de verre. Bien que Yerkes abrite le télescope Great 40" - le plus grand réfracteur opérationnel au monde - la plupart des plaques de la collection ont été prises à l'aide du réflecteur Ritchey de 24 pouces à Yerkes à partir de 1901 ou à l'observatoire McDonald dans l'ouest du Texas.

L'époque et l'utilisation des plaques de verre pour l'astrophotographie étaient souvent fastidieuses et encombrantes. Souvent, les astronomes ont dû façonner les plaques sur mesure pour s'adapter à des caméras spécifiques à la main à l'aide de diamants. Ce qui a suivi ensuite était souvent une nuit sombre et froide à l'oculaire suivant une étoile guide, tandis que les expositions nécessaires ont été faites. Ces plaques résultantes, cependant, servir de chronique du ciel couvrant près d'un siècle.

Interpréter l'échelle de magnitude sur les scans et calibrer les plaques pour des facteurs tels que la lueur du ciel, la luminosité et la saturation de la surface (artefacts souvent introduits par le processus photographique et de numérisation) donnent une magnitude limite de +19, et le processus de balayage a obtenu une précision meilleure qu'un dixième de magnitude en luminosité. Pour le contexte, un grand télescope d'arrière-cour peut généralement voir jusqu'à une magnitude d'environ +14 par une nuit claire avec une bonne vision, et les levés terrestres modernes tels que PanSTARRS-1 ont une magnitude limite d'environ 10, 000 fois plus faible, à une magnitude d'environ +24.

« La simplicité du procédé permet de numériser un grand nombre de plaques en un temps relativement court, " dit Cerny. " Il a également l'avantage de ne pas nécessiter de scanner personnalisé, le rendant accessible aux équipes sans les moyens d'en concevoir ou d'en acheter un. Les scanners personnalisés sont prohibitifs. Si nos méthodes peuvent être généralisées, alors des collections de plaques photographiques provenant de plusieurs observatoires pourraient être rendues disponibles pour une utilisation dans la recherche scientifique. »

À la fin, l'équipe a sélectionné environ 50 plaques qui répondaient au critère de l'étude. L'équipe a utilisé un scanner d'arts graphiques Epson Expression 12000XL disponible dans le commerce, en accélérant et en rationalisant considérablement le processus. Les fichiers ont d'abord été scannés en tant que fichiers .TIFF positifs (avec des étoiles noires sur fond blanc) puis enregistrés en tant que fichiers FITS, un format familier à de nombreux astrophotographes modernes. La zone de balayage ciblée a donné un champ de vision de 1,5 degrés de large, environ trois fois le diamètre d'une pleine lune. Étonnamment, l'une des toutes premières plaques scannées par l'équipe (Ry60) prise en 1903 centrée sur la galaxie de magnitude +10 NGC 7331 située à 45 millions d'années-lumière dans la constellation de Pégase a également fait apparaître un visiteur surprise :un invité 'star' ou possible supernova, non visible dans les images de comparaison SDSS (Sloan Digital Sky Survey). Si confirmé, ce serait la quatrième supernova connue observée dans cette galaxie.

"Notre équipe avait en fait scanné un certain nombre de plaques avant de s'installer sur cette plaque particulière (Ry60) pour notre papier… cependant, nous n'avions absolument aucune idée au départ que cette plaque cachait cette supernova candidate !" dit Cerny. "Nous parcourions l'image de la galaxie sur la plaque dans le cadre de notre analyse, ce qui impliquait de comparer la plaque avec une image moderne du même champ de ciel. À un moment donné, nous avons cligné des yeux (alterné rapidement) entre les deux images, et a remarqué ce qui semblait être une étoile présente sur l'image de la plaque." L'équipe a également éliminé d'autres faux positifs potentiels, comme un astéroïde, tache de poussière ou une nova classique galactique avant de mesurer la luminosité de l'objet, compatible avec une supernova lointaine.

De nouveaux mystères sur de vieilles assiettes en verre

A quoi servent les vieilles images du ciel sur plaque de verre ? Bien, plusieurs études récentes se sont tournées vers le dossier documentant le ciel il y a plus d'un siècle. Lorsque les astronomes ont remarqué une atténuation anormale observée dans Tabby's Star KIC 8462852, ils ont regardé de vieilles plaques de verre de la même région pour montrer que l'étrange étoile s'estompe en fait sur des échelles de temps plus longues. Une autre étude a examiné la naine blanche voisine nommée l'étoile de Van Maanen et a démontré que les astronomes avaient potentiellement documenté des preuves d'exoplanètes waaaay en 1917 - s'ils avaient su la rechercher.

En plus d'examiner la variabilité des étoiles sur de longues périodes de temps, les anciennes plaques ouvrent la possibilité de regarder l'astrométrie stellaire ou la position et le mouvement des étoiles via un mouvement approprié sur une ligne de base de plus d'un siècle. L'équipe a utilisé des mesures de la mission Gaia de l'Agence spatiale européenne à des fins de comparaison dans l'étude pour démontrer cette technique même. Gaia a publié son catalogue DR2 (Data Release 2) avec plus de 1,6 milliard de mesures de position stellaire en 2018, et tout récemment est devenu public avec EDR3 (Early Data Release 3) le 3 décembre, 2020, avec la sortie complète prévue pour fin 2021.

À la fin, l'équipe et l'étude ont démontré une technique peu coûteuse mais efficace pour numériser facilement des plaques de verre astronomiques pour une qualité de niveau de recherche, à l'aide d'équipements disponibles dans le commerce. L'équipe a également des plans à long terme pour rendre les scans de plaques Yerkes et les journaux de bord disponibles en ligne au public via le site Web de la bibliothèque de l'Université de Chicago.

Cela vaut vraiment la peine de préserver ces images de plaques de verre d'autrefois. Qui sait quelles autres découvertes astronomiques attendent de voir le jour.