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

Al meer dan een eeuw hebben wetenschappers het licht van sterren en de gloed van heet gas vastgelegd op glasplaten die zijn gecoat met een lichtgevoelige chemische stof. Deze glasplaten, donker en zwaar, fungeren als een permanent verslag van de vingerafdruk van het universum. Wanneer een element wordt verhit, zendt het licht uit in zeer specifieke kleuren, wat een uniek patroon van lijnen creëert dat onderzoekers precies vertelt wat dat element is en hoe het zich gedraagt. Door deze patronen te bestuderen, kunnen astronomen de samenstelling van verre sterren bepalen, terwijl natuurkundigen dezelfde gegevens gebruiken om de fundamentele structuur van materie zelf te begrijpen. Decennialang lag een enorme bibliotheek van deze glazen verslagen stil in een overheidslaboratorium, wachtend tot iemand er opnieuw met frisse ogen en moderne instrumenten naar zou kijken.

In maart 2025 sloot het National Institute of Standards and Technology (NIST) zijn groep voor atomaire spectroscopie, waardoor een collectie van duizenden van deze fotografische glasplaten achterbleef die niet vervangen konden worden. In plaats van deze geschiedenis te laten verdwijnen, namen medewerkers van de Harvard Plate Stacks bij het Center for Astrophysics de bewaring van het archief op zich. De Harvard Plate Stacks is al de grootste collectie van zijn soort ter wereld en bevat meer dan een half miljoen glasplaten die dateren van de jaren 1880 tot de jaren 1990. Toen de NIST-collectie in het voorjaar van 2025 in Cambridge arriveerde, voegde deze zich bij een enorme opslagplaats van wetenschappelijke geschiedenis. Onderzoekers Jacob Ward en Gillian Nave begonnen met het sorteren van de nieuwe aankomsten en ontdekten dat veel van de platen een wetenschappelijke waarde hadden die eerder over het hoofd was gezien of slechts gedeeltelijk was verkend.

De collectie is een mix van verslagen van verschillende instellingen, waaronder het Massachusetts Institute of Technology en de University of California, Berkeley, maar de meerderheid kwam van instrumenten van NIST en diens voorganger, het National Bureau of Standards. De platen leggen spectra vast van een breed scala aan elementen, van de eenvoudigste tot de meest complexe. Sommige werden gemaakt om neutrale atomen te bestuderen, terwijl andere licht vastlegden van atomen waarvan enkele elektronen waren gestript. Onder de meest interessante vondsten waren platen van cerium, een element dat momenteel essentieel is voor het begrijpen van de explosieve botsingen van neutronensterren, bekend als kilonovae. Hoewel wetenschappers jaren geleden al energieniveaus uit deze ceriumplaten hadden afgeleid, waren de gedetailleerde lijsten van spectrale lijnen nooit gepubliceerd. Op dezelfde manier bevat het archief platen van zirkonium en andere zware elementen die slechts gedeeltelijk waren geanalyseerd, waardoor een schat aan gegevens wacht op volledige ontsluiting.

Het bewaren van deze kwetsbare objecten is een race tegen de klok. De onderzoekers ontdekten dat de manier waarop de platen in het verleden werden bewaard, soms meer schade had toegebracht dan goed. Veel platen werden bewaard in plastic hoezen die over de decennia heen begonnen af te breken en een gas vrijgaven dat rook naar azijn. Dit gas reageerde met de fotografische coating, waardoor deze geel werd en de emulsie van het glas begon af te bladderen. In contrast hiermee bleven sommige platen die in eenvoudige papieren dozen waren bewaard, hoewel niet ideaal, beter bewaard gebleven omdat ze niet gevangen zaten in een vochtige, chemisch gevulde omgeving. Het team staat nu voor de taak om elke enkele plaat te verplaatsen naar speciale zuurvrije papieren hoezen en metalen kasten die ontworpen zijn om ze decennia lang veilig te houden. Voordat dit werk kan beginnen, moet het team de platen zorgvuldig fotograferen terwijl ze nog in hun beschadigde hoezen zitten, om zo handgeschreven aantekeningen of afbladderende details vast te leggen die verloren kunnen gaan zodra het plastic wordt verwijderd.

Om deze gegevens bruikbaar te maken voor de moderne wetenschap, digitaliseert het team de platen met behulp van hogeresolutie-scanners. Ze scannen ook de laboratoriumnotitieboeken die de platen vergezellen, welke de oorspronkelijke metingen en datums bevatten. Deze notitieboeken zijn cruciaabel om het fysieke glas te koppelen aan de gegevens die het bevat. Het doel is om een volledig, doorzoekbaar digitaal archief te creëren dat wetenschappers over de hele wereld kunnen raadplegen. Hoewel het team nog niet de middelen heeft om elke plaat onmiddellijk te scannen, geven zij prioriteit aan de platen die het meest waarschijnlijk nieuwe ontdekkingen zullen opleveren. Ze werken ook aan het digitaliseren van de labboeken, wat hen zal helpen de collectie te organiseren en precies te begrijpen wat elke plaat bevat.

De waarde van deze inspanning werd aangetoond toen het team een enkele plaat van zirkoniumspectra heronderzocht, die in de jaren 1930 bij MIT was gemaakt. Door de plaat met moderne apparatuur opnieuw te scannen en de resultaten te vergelijken met huidige standaarden, waren zij in staat de golflengten van het licht met veel grotere precisie te meten dan mogelijk was toen de plaat voor het eerst werd gemaakt. De nieuwe metingen verminderden de onzekerheid in de gegevens met een factor vier, wat bewees dat zelfs oude verslagen betere antwoorden kunnen bieden wanneer ze met nieuwe technologie worden bekeken. Dit enkele voorbeeld suggereert dat de duizenden andere platen in het archief vergelijkbare verbeteringen kunnen bieden aan ons begrip van de atomaire fysica.

De toekomst van deze collectie hangt af van samenwerking en financiering. Het team bij Harvard heeft de expertise en de apparatuur om de platen te hanteren, maar het scannen van duizenden glazen negatieven is een enorme onderneming die toegewijd personeel en financiële steun vereist. Zij staan open voor samenwerking met de bredere wetenschappelijke gemeenschap om te identificeren welke platen de meeste urgentie hebben om gedigitaliseerd te worden. Voor nu is de prioriteit om de initiële inventarisatie af te ronden, de platen te herhuisvesten om verdere achteruitgang te stoppen, en de bestaande digitale gegevens beschikbaar te maken. Het archief vormt een brug tussen het verleden en de toekomst, waarbij het werk van generaties wetenschappers wordt bewaard terwijl het een kans biedt om ons begrip van het universum te verfijnen met de instrumenten van vandaag.