astrofísica con IA

Una imagen de una galaxia lejana tomada desde la Tierra se asemeja a mirar a través de un vidrio esmerilado: la atmósfera desenfoca los detalles y la estructura interna permanece oculta.

Un telescopio observa una estrella durante muchas noches seguidas. En algún lugar del flujo de luz se esconde una diminuta caída de brillo: un planeta del tamaño de la Tierra ha bloqueado por un instante parte de la estrella. Esa caída dura unas horas y se repite una vez al año o incluso con menos frecuencia.

Los meteorólogos ya están acostumbrados a confiar en las redes neuronales: el modelo GraphCast acierta el clima terrestre con días de antelación, basándose en imágenes globales de la atmósfera. Pero este "cerebro" puede trasladarse a otro planeta, donde el aire es más tenue y el sol calienta de otra manera.

La galaxia NGC 4254 se encuentra a un millón y medio de años luz del centro del cúmulo de galaxias de Virgo. Arrastra tras de sí una larga cola de hidrógeno que se enfría, una señal de que se está precipitando a toda velocidad en el medio interestelar caliente.

Cuatro trazos débiles en una imagen: eso es todo lo que ve un astrónomo. Como un escultor que reconstruye la forma de un vidrio invisible a partir de cuatro sombras.

Al armar el rompecabezas del Universo, los astrónomos están acostumbrados a que cada nueva pieza encaje exactamente en el cuadro ya formado. Pero a veces aparecen piezas que parecen recortadas de otro rompecabezas. Veinte mil núcleos galácticos activos — y el once por ciento de ellos la red neuronal descarta con seguridad como extraños.

Un artista hace un boceto rápido al carboncillo — y el rostro en el retrato ya es reconocible. Los astrofísicos se enfrentan a una tarea similar: el espectro de una estrella es su retrato individual, que revela temperatura, composición, gravedad superficial.

El Sol dibuja sin cesar garabatos de campos magnéticos en su superficie. Estos patrones no son meras ondulaciones, sino una escritura en la que la naturaleza ha cifrado advertencias sobre erupciones.

El sistema energético vivo se parece a un organismo: las líneas de transmisión son vasos, la corriente es la sangre. Los datos, en cambio, son impulsos nerviosos que antes se perdían. mAIEnergy conecta estos «nervios» a un «cerebro» común.

El microscopio electrónico es un órgano gigante: en lugar de tubos, lentes electromagnéticas; en lugar de aire, un flujo de electrones acelerados. Antes solo pintaba frescos mudos del mundo atómico, condenando a los científicos a una descodificación extenuante.

El cielo de rayos gamma captado por el telescopio Fermi es una grandiosa sinfonía de miles de fuentes. Aquí las pulsaciones rítmicas de púlsares, los potentes acordes de núcleos activos de galaxias, pero sobre todo objetos no identificados, cuya parte sigue siendo un misterio.

Durante décadas, la radioastronomía ha escuchado el cosmos con la esperanza de captar transmisiones de radio de banda estrecha, la «voz» tecnológica de lejanos exoplanetas.

En 1960, el radiotelescopio Tatel pasó semanas escuchando el vacío alrededor de Tau Ceti y Épsilon Eridani. El proyecto Ozma buscaba tecnofirmas: huellas de actividad de otra inteligencia.

3I/ATLAS irrumpió en el Sistema Solar como un invitado no deseado, un regalo del destino para los cazadores de inteligencia extraterrestre.

Casi un siglo después de que Fritz Zwicky sospechara que algo andaba mal en el movimiento de las galaxias del cúmulo de Coma, y Vera Rubin midiera las velocidades estelares en los brazos espirales, la naturaleza de la materia oscura sigue siendo uno de los enigmas más acuciantes.

Las erupciones solares son potentes explosiones en el Sol, capaces de inutilizar satélites y dejar sin electricidad a ciudades. Su predicción se complica por el entrelazamiento de los campos magnéticos en las manchas solares.

Los cristales de perovskita capturan la luz solar casi como el silicio, pero cuestan una miseria. Su problema es una fragilidad innata: con el calor y la simple agua del aire, 'enferman'. En su interior crece el desorden, y la brillante lámina se vuelve turbia, perdiendo sus capacidades en un par de días.

La expansión del Universo se acelera, y quizás la gravedad no funciona como pensamos. Los físicos desarrollan teorías alternativas, pero para comprobarlas, hay que calcular cómo de las ondas después del Big Bang crecieron las galaxias. Estos cálculos son ecuaciones largas con cientos de términos, donde es fácil perderse.

Un enjambre de espejos y antenas envuelve un agujero negro como las abejas a su colmena. Pero en lugar de miel, esta estructura recolecta energía suficiente para alimentar una conciencia del tamaño de una galaxia.

Imagina una moneda diminuta escondida en una caja fuerte perfecta, pero cuyas paredes son tan delgadas que la moneda a veces las atraviesa, dejando un sonido apenas perceptible. Los axiones son como esas monedas, solo que en lugar de metal son partículas, y en lugar de una caja fuerte, la materia ordinaria.

A veces, los astrónomos detectan objetos interestelares: bloques rocosos o cometas procedentes de otros sistemas estelares. La mayoría parecen normales, pero algunos desconciertan por su forma, velocidad o brillo.

Un láser impacta un fragmento de roca de otro planeta. La piedra se evapora y el instrumento captura las partículas dispersas y las clasifica por peso.

Si arrojas un puñado de purpurina a un río, algunas partículas flotarán directamente, otras girarán en pequeños remolinos. Con las galaxias del universo ocurre algo parecido: no solo se separan debido a la expansión, sino que también giran en corrientes gigantes, como astillas en remolinos invisibles.

Si fotografiamos la misma montaña con una cámara de película y con un smartphone moderno, obtenemos imágenes diferentes: en una los colores son más vivos, en la otra los detalles aparecen borrosos.

El médico observa una mancha grisácea en la pantalla. Es el rostro de un niño aún no nacido. Una sombra en el lugar adecuado y se puede preparar una cirugía a tiempo. Pero no todos ven esa sombra: el labio o paladar hendido es poco común, y un especialista joven puede no verlo nunca en años de trabajo. La red neuronal se entrenó con 45 139 ecografías de 9 215 fetos de 22 hospitales.

El cielo nocturno en una imagen de telescopio se parece a una fotografía tomada a través de un vidrio empañado: las estrellas brillantes se ven, pero todo lo débil se hunde en una neblina turbia. Esa neblina es el ruido: interferencias aleatorias de la electrónica, el calor y la propia atmósfera.

Durante seis años seguidos, el telescopio HARPS-N en la isla de La Palma observó al Sol como si fuera una estrella extraña: tomó espectros, vigiló el brillo y registró cada temblor de las líneas. Todo esto es necesario para entender cómo distinguir el débil bamboleo de una estrella de la verdadera señal de un planeta.

La luz de una estrella lejana, tras atravesar el aire y las lentes del telescopio, pierde nitidez, como si miraras un farol a través de un vidrio mojado. Los astrónomos llaman a este desenfoque la «huella dactilar» del telescopio: cada instrumento tiene la suya propia y hay que conocerla al detalle.

Un programador escribe código, lo ejecuta, ve el error y lo corrige. Ahora, ese proceso se puede delegar en el propio programa. El aprendizaje profundo en imagenología médica ya sabe mejorar algoritmos, pero normalmente requiere muchos datos y ejemplos preparados.

Los antiguos anales chinos están repletos de anotaciones sobre el tiempo: «en el tercer mes no llovió», «el río se desbordó». Pero son palabras, no números. Hasta ahora, traducirlas a datos precisos sobre precipitaciones era casi imposible. El nuevo método funciona como un traductor del lenguaje de las crónicas al de la climatología.

Miles de universos nacieron en un ordenador para contarnos algún día sobre el nuestro. Cada uno con sus cúmulos de galaxias, dispuestos según las leyes de la gravedad, como guisantes en un frasco que se agita con distinta fuerza. Según cómo queden los guisantes, se puede deducir qué mano agitó el frasco.

Una estrella tiembla como una campana después del golpe. Esas vibraciones, diminutas fluctuaciones de brillo y de superficie, pueden captarse con un telescopio. Con las frecuencias de esas 'notas estelares', los astrónomos deducen lo que ocurre en el interior: cuántos años tiene la estrella y cómo está estructurada.

El telescopio James Webb ha recopilado miles de espectros de galaxias lejanas: las huellas dactilares de su luz. Para no ahogarse en esta diversidad, los astrónomos encargaron al programa que clasificara los hallazgos.

En el siglo XVIII, Уильям Гершель ya buscaba vida en Marte. Hoy, los astrónomos apuntan no a planetas, sino a artefactos, por ejemplo, sondas alienígenas que se esconden en el sistema solar. El problema es que detectar un objeto diminuto cerca del deslumbrante Солнцем es casi imposible.

Tres ramas de la física —cosmología, física de partículas y física nuclear— han trabajado durante siglos como orillas aisladas.

El telescopio ASKAP recopila en una sola noche datos sobre millones de fuentes de radio. Los algoritmos automáticos reconocen con seguridad los puntos compactos, pero se rinden ante las estructuras extendidas con chorros, puentes y burbujas.

En octubre de 2017, el telescopio Pan-STARRS en Hawái detectó un objeto que se movía demasiado rápido como para pertenecer al sistema solar. Era 1I/ʻOumuamua, el primer visitante interestelar registrado por astrónomos. Desde entonces, se le han sumado otros dos: el cometa 2I/Borisov y el objeto 3I/ATLAS.

Cada pocas horas, desde el desierto de Mojave, cerca de Madrid y cerca de Canberra, surgen hacia el cielo estrechos haces de ondas de radio. Es la NASA Deep Space Network: tres complejos de antenas que mantienen comunicación con las sondas de todo el sistema solar. En veinte años han acumulado 92,5 años de antena de transmisiones continuas.