Integration of the NIST Spectroscopic Plate Archive into the Harvard Plate Stacks

Depuis plus d'un siècle, les scientifiques capturent la lumière des étoiles et l'éclat des gaz chauds sur des plaques de verre recouvertes d'un produit chimique photosensible. Ces plaques de verre, sombres et lourdes, constituent un enregistrement permanent de l'empreinte digitale de l'univers. Lorsqu'un élément est chauffé, il émet de la lumière à des couleurs très spécifiques, créant un motif unique de raies qui indique précisément aux chercheurs de quel élément il s'agit et comment il se comporte. En étudiant ces motifs, les astronomes peuvent déterminer la composition d'étoiles lointaines, tandis que les physiciens utilisent les mêmes données pour comprendre la structure fondamentale de la matière elle-même. Pendant des décennies, une vaste bibliothèque de ces archives de verre est restée silencieusement dans un laboratoire gouvernemental, attendant que quelqu'un les examine à nouveau avec un regard neuf et des outils modernes.

En mars 2025, le National Institute of Standards and Technology (NIST) a fermé son groupe de spectroscopie atomique, laissant derrière lui une collection de milliers de ces plaques de verre photographiques qui ne pouvaient être remplacées. Plutôt que de laisser cette histoire disparaître, le personnel des Harvard Plate Stacks du Center for Astrophysics est intervenu pour prendre la garde de l'archive. Les Harvard Plate Stacks constituent déjà la plus grande collection de ce type au monde, détenant plus d'un demi-million de plaques de verre datant des années 1880 aux années 1990. Lorsque la collection du NIST est arrivée à Cambridge au printemps 2025, elle a rejoint un immense réservoir d'histoire scientifique. Les chercheurs Jacob Ward et Gillian Nave ont commencé le travail de tri des nouveaux arrivages, découvrant que de nombreuses plaques possédaient une valeur scientifique qui avait été négligée ou seulement partiellement explorée.

La collection est un mélange de registres provenant de différentes institutions, notamment le Massachusetts Institute of Technology et l'Université de Californie à Berkeley, mais la majorité provient d'instruments du NIST et de son prédécesseur, le National Bureau of Standards. Les plaques capturent des spectres d'une large gamme d'éléments, des plus simples aux plus complexes. Certaines ont été prises pour étudier des atomes neutres, tandis que d'autres ont capturé la lumière d'atomes dont plusieurs électrons avaient été arrachés. Parmi les découvertes les plus intéressantes figuraient des plaques de cérium, un élément actuellement vital pour la compréhension des collisions explosives d'étoiles à neutrons connues sous le nom de kilonovae. Bien que des scientifiques aient dérivé des niveaux d'énergie à partir de ces plaques de cérium il y a des années, les listes détaillées de raies spectrales n'avaient jamais été publiées. De même, l'archive contient des plaques de zirconium et d'autres éléments lourds qui n'ont été que partiellement analysés, laissant une mine de données en attente d'être pleinement déverrouillée.

Préserver ces objets fragiles est une course contre la montre. Les chercheurs ont constaté que la manière dont les plaques étaient stockées par le passé avait parfois causé plus de mal que de bien. Beaucoup étaient conservées dans des pochettes en plastique qui, au fil des décennies, ont commencé à se décomposer et à libérer un gaz à l'odeur de vinaigre. Ce gaz réagissait avec le revêtement photographique, jaunissant celui-ci et provoquant l'écaillage de l'émulsion sur le verre. En revanche, certaines plaques conservées dans de simples boîtes en papier, bien que ce ne soit pas idéal, avaient mieux résisté car elles n'étaient pas piégées dans un environnement humide et chargé de produits chimiques. L'équipe fait face aujourd'hui à la tâche de transférer chaque plaque dans des pochettes en papier sans acide et des armoires métalliques conçues pour les protéger pour les décennies à venir. Avant que ce travail ne puisse commencer, l'équipe doit photographier soigneusement les plaques alors qu'elles sont encore dans leurs pochettes endommagées afin de capturer toute note manuscrite ou tout détail s'écaillant qui pourrait être perdu une fois le plastique retiré.

Pour rendre ces données utiles à la science moderne, l'équipe numérise les plaques à l'aide de scanners haute résolution. Ils numérisent également les carnets de laboratoire qui accompagnent les plaques, lesquels contiennent les mesures et les dates originales. Ces carnets sont cruciaux pour lier le verre physique aux données qu'il contient. L'objectif est de créer une archive numérique complète et consultable que les scientifiques du monde entier pourront utiliser. Bien que l'équipe ne dispose pas encore des ressources pour scanner chaque plaque immédiatement, elle donne la priorité à celles qui sont les plus susceptibles de produire de nouvelles découvertes. Ils travaillent également à la numérisation des carnets de laboratoire, ce qui les aidera à organiser la collection et à comprendre exactement ce que contient chaque plaque.

La valeur de cet effort a été démontrée lorsque l'équipe a réexaminé une seule plaque de spectres de zirconium qui avait été prise au MIT dans les années 1930. En rescanant la plaque avec des équipements modernes et en comparant les résultats avec les normes actuelles, ils ont pu mesurer les longueurs d'onde de la lumière avec une précision bien plus grande que celle possible lors de la création initiale de la plaque. Les nouvelles mesures ont réduit l'incertitude des données d'un facteur quatre, prouvant que même de vieux registres peuvent apporter de meilleures réponses lorsqu'ils sont observés avec une nouvelle technologie. Ce seul exemple suggère que les milliers d'autres plaques de l'archive pourraient offrir des améliorations similaires à notre compréhension de la physique atomique.

L'avenir de cette collection dépend de la collaboration et du financement. L'équipe de Harvard possède l'expertise et l'équipement nécessaires pour manipuler les plaques, mais numériser des milliers de négatifs en verre est une entreprise massive qui nécessite un personnel dédié et un soutien financier. Ils sont ouverts à collaborer avec la communauté scientifique élargie pour identifier les plaques dont la numérisation est la plus urgente. Pour l'instant, la priorité est de terminer l'inventaire initial, de reconditionner les plaques pour stopper la dégradation et de rendre les enregistrements numériques existants disponibles. L'archive représente un pont entre le passé et le futur, préservant le travail de générations de scientifiques tout en offrant la possibilité d'affiner notre compréhension de l'univers avec les outils d'aujourd'hui.