Man vet aldrig vilka nya upptäckter som kan gömma sig i gamla astronomiska observationer. I nästan hundra år från slutet av 1800-talet, emulsionsbelagd torr glasplatta fotografering var den standard som användes av stora astronomiska observatorier och undersökningar för att dokumentera och avbilda himlen. Dessa stora enorma glasskivor finns fortfarande ute runt om i världen, arkiveras i observatoriets bibliotek och universitetsarkiv. Nu, ett nytt projekt visar hur vi kan ta fram berättelserna på dessa gamla tallrikar tillbaka i ljuset.

Mer än uppskattningsvis 2,4 miljoner glasplattor finns där ute i samlingar bara i Nordamerika. Dessa togs från 1890-talet ända fram till 1970-talet, när CCD-detektorer (Charged Couple Device) började komma online för astronomi. Av dessa, endast uppskattningsvis 400, 000 plåtar har digitaliserats för att forska kvalitet, mest anmärkningsvärt av DASCH (Digital Access to the Sky Century vid Harvard) och de internationella APPLAUSE-projekten (The Archives of Photographic Plates for Astronomical USE).

Ett team från University of Chicago Department of Astronomy and Astrophysics, och Kavali Institute for Cosmological Astrophysics undrade om det kunde finnas ett enklare sätt att föra in dessa gamla plattor in i den moderna digitala eran.

"Plåtskanningsprocessen är faktiskt ganska enkel, Will Cerny (University of Chicago) berättade för Universe Today. "Efter att vi valt en tallrik, vi ser till att ytan är ren så att dammpartiklar inte förväxlas med stjärnor i den slutliga bilden. Sedan, vi ställer in vår skanner på högsta kvalitet vi kan och producerar en bildfil. I själva verket, vi betraktar skannern som ett vetenskapligt instrument:för varje liten bit information på plattan, vi får en digital återgivning av mängden ljus som sänds genom fotografiet. Därifrån, vi laddar upp den resulterande filen till en webbplats som kartlägger de himmelska koordinaterna på bilden, som också skapar en fil i ett standardiserat format för astronomisk analys."

Teamet vände sig till en närliggande källa, Yerkes observatorium. För studien, Yerkes Plate Digitalization Team ville ha en platta idealisk för att kalibrera både stjärnljusstyrka och himmelsbakgrunden, täcker en himmelsträcka bort från det galaktiska planet. Teamet ville också ha plåtar tagna under utmärkta himmelsförhållanden, med långa exponeringar som visar en stor variation av galaktiska och extragalaktiska objekt för att mäta begränsande magnitud.

Beläget vid Genèvesjöns strand i södra Wisconsin och byggt av den amerikanske astronomen och teleskoptillverkaren George Ellery Hale 1897, Yerkes Observatory rymmer också en samling av 150, 000-200, 000 glasskivor. Även om Yerkes är hem för det stora 40"-teleskopet - den största operativa refraktorn i världen - togs de flesta av plattorna i samlingen med den 24-tums Ritchey-reflektorn på Yerkes från 1901 eller vid McDonald Observatory i västra Texas.

Eran och användningen av glasplattor för astrofotografering var ofta tråkig och krånglig. Ofta, astronomer var tvungna att anpassa plattorna för att passa specifika kameror för hand med hjälp av diamantskärare. Det som sedan följde var ofta en kall mörk natt vid okularet efter en ledstjärna, medan nödvändiga exponeringar gjordes. Dessa resulterande plattor, dock, tjäna som en krönika av himlen som sträcker sig över nästan ett sekel.

Tolka magnitudskalan på skanningarna och kalibrera plattorna för faktorer som himmelsglöd, ytljusstyrka och mättnad (artefakter som ofta introduceras genom fotografering och skanning) ger en begränsande magnitud på +19, och skanningsprocessen erhöll en precision som var bättre än en tiondels storlek i ljusstyrka. För sammanhanget, ett stort bakgårdsteleskop kan vanligtvis se ner till omkring magnituden +14 på en klar natt med bra seende, och moderna markmätningar som PanSTARRS-1 har en begränsande magnitud på cirka 10, 000 gånger svagare, runt magnituden +24.

"Enkelheten i processen gör det möjligt att digitalisera ett stort antal plåtar på en relativt kort tid, " säger Cerny. "Det har också fördelen att det inte krävs en anpassad skanner, gör det tillgängligt för team utan resurser att designa eller köpa en. Anpassade skannrar är oöverkomligt dyra. Om våra metoder kan generaliseras, då kan fotografiska plåtsamlingar från flera observatorier göras tillgängliga för användning i vetenskaplig forskning."

I slutet, teamet valde ut cirka 50 tallrikar som uppfyllde kriteriet för studien. Teamet använde en kommersiellt tillgänglig Epson Expression 12000XL grafisk skanner, avsevärt påskynda och effektivisera processen. Filer skannades först som positiva .TIFF-filer (med svarta stjärnor på en vit bakgrund) och sparades sedan som FITS-filer, ett format som många moderna astrofotografer känner till. Det riktade skanningsområdet resulterade i ett synfält 1,5 grader brett, ungefär tre gånger diametern på en fullmåne. Otroligt, en av de allra första plattorna som skannades av teamet (Ry60) tagna 1903 centrerade på galaxen +10:e magnituden NGC 7331 som ligger 45 miljoner ljusår bort i stjärnbilden Pegasus dök också upp en överraskningsbesökare:en gäststjärna eller ev. supernova, syns inte i SDSS (Sloan Digital Sky Survey) jämförelsebilder. Om det bekräftas, detta skulle vara den fjärde kända supernovan som observerats i denna galax.

"Vårt team hade faktiskt skannat ett antal plåtar innan de satte sig på den här plåten (Ry60) för vårt papper... vi hade absolut ingen aning först om att den här plattan gömde den här kandidatsupernovan!" säger Cerny. "Vi gick igenom bilden av galaxen på plattan som en del av vår analys, vilket innebar att man jämför plattan med en modern bild av samma himmelfält. Vid en punkt, vi blinkade (växlade snabbt) mellan de två bilderna, och märkte vad som verkade vara en stjärna som fanns på plattans bild." Teamet eliminerade också andra potentiella falska positiva - som en asteroid, dammfläckar eller en galaktisk klassisk nova – innan du mäter objektets ljusstyrka, överensstämmer med en avlägsen supernova.

Nya mysterier på gamla glasskivor

Vad hjälper gamla glasplattor av himlen? Väl, flera nya studier har vänt sig till rekordet som dokumenterar himlen för över ett sekel sedan. När astronomer märkte en onormal nedtoning som sågs i Tabby's Star KIC 8462852, de tittade på gamla glasplattor från samma region för att visa att den märkliga stjärnan faktiskt bleknar över längre tidsskalor. En annan studie tittade på den närliggande vita dvärgen som heter Van Maanens stjärna och visade att astronomer potentiellt hade dokumenterat bevis för exoplaneter redan 1917 - hade de vetat att de letade efter det.

Förutom att titta på stjärnors variation under långa tidsperioder, gamla plattor öppnar upp möjligheten att titta på stjärnastrometri eller stjärnors position och rörelse via egen rörelse över ett hundratal plus lång baslinje. Teamet använde mätningar från Europeiska rymdorganisationens Gaia-uppdrag för jämförelse i studien för att demonstrera just denna teknik. Gaia släppte sin DR2 (Data Release 2) katalog med över 1,6 miljarder stjärnpositionsmätningar under 2018, och gick nyligen ut med EDR3 (Early Data Release 3) den 3 december, 2020, med den fullständiga releasen till slutet av 2021.

I slutet, Teamet och studien visade en billig men effektiv teknik för att enkelt skanna astronomiska glasplattor för kvalitet på forskningsnivå, använda kommersiellt tillgänglig utrustning. Teamet har också långsiktiga planer på att göra Yerkes plåtskanningar och loggböcker tillgängliga online för allmänheten via University of Chicago Librarys webbplats.

Det är definitivt värt ansträngningen att bevara de där glasplattbilderna från förr. Vem vet vilka andra astronomiska upptäckter som väntar på att se dagens ljus.