mapeo de galaxias con redes neuronales

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 rayo de luz que pasa cerca de un cuerpo masivo se curva a su alrededor, como un corredor que dobla la esquina del estadio. Para una estrella de neutrones, ese ángulo de desviación suele considerarse igual al de una masa puntual.

El intérprete se distrae con cada susurro en la sala, y una reunión de una hora se convierte en dos. Una estrella de neutrones comprime la masa del Sol en una esfera del tamaño de una ciudad, y la materia de su núcleo es más densa que el núcleo atómico. Los físicos no pueden comprobar en el laboratorio cómo está hecha: no se puede generar la presión necesaria.

La materia oscura es el andamiaje invisible del universo. Sabemos que existe, lo deducimos por el movimiento de las estrellas y las galaxias, pero de qué está hecho ese andamiaje, aún no se sabe. Una de las hipótesis son las partículas ultraligeras, similares a los axiones.

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.

En los primeros instantes de la vida del universo, este se parecía a un caldero burbujeante. La materia no estaba distribuida uniformemente: en ella maduraban grumos y vacíos, y su movimiento turbulento generaba un temblor del propio espacio: las ondas gravitacionales.

En la galaxia NGC 1052 DF2, las estrellas se mueven a tan solo 8 kilómetros por segundo — como si no hubiera masa invisible alrededor. Para comparar: en nuestra Vía Láctea, las estrellas periféricas se aceleran hasta 200 kilómetros por segundo, retenidas por un masivo halo de materia oscura.

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.

El cosmos se asemeja a una tela de seda con hilos de una red oscura que sobresalen. Las verdaderas telas las vemos solo como pequeños retazos — a través de telescopios, en catálogos reales de galaxias.

Ocho puntos brillantes en el cielo radioeléctrico. Son el mismo cuásar HS 0810+2554, cuya luz atravesó una lente gravitacional: una galaxia masiva en primer plano.

A las nueve de la mañana, el detector DarkSide-50 a 1400 metros bajo el monte Gran Sasso registra un débil pulso de ionización. A las once de la noche, la frecuencia de estos eventos disminuye notablemente. No es un fallo electrónico ni una variación estacional del fondo.

La temperatura en el centro de un cúmulo de galaxias alcanza los cien millones de grados. Estos sistemas, los más grandes ligados gravitacionalmente, son laboratorios naturales donde la naturaleza esconde el 85% de su masa en la invisible materia oscura.

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.

Mira el cielo nocturno: no es un puñado de luces, sino un manuscrito de múltiples capas. Bajo la brillante tinta de las estrellas y las galaxias aflora un texto pálido, casi borrado.

El modelo cosmológico estándar, basado en las ecuaciones de campo propuestas por Einstein, describe el Universo como un cóctel de materia oscura (descubierta gracias a Vera Rubin) y energía oscura en una proporción aproximada…

Los cúmulos de galaxias son los mayores conjuntos gravitacionales del Universo. En el resplandor de rayos X, generado por el plasma caliente, está codificada la historia de la expansión del cosmos, la materia oscura oculta y la enigmática energía oscura.

Un editor de fotos común resalta objetos en una imagen. La red neuronal ZooBot:3D trabaja con galaxias lejanas galaxias como un cartógrafo que dibuja el mapa de una tierra desconocida.

A través de las ondulaciones del agua, las piedras en el fondo de la piscina parecen desplazadas y distorsionadas. De manera similar, la gravedad de la materia oscura invisible curva la luz de las galaxias lejanas: este fenómeno se conoce como lente gravitacional débil.

Una bola esponjosa de telaraña invisible envuelve a un agujero negro. Esa telaraña es la materia oscura, que no brilla pero con su peso gobierna el movimiento de las estrellas en las afueras de las galaxias.

Cuando una estrella masiva estrella agota su combustible, el colapso del núcleo puede generar una supernova y una estrella de neutrones, pero si la masa es suficiente, nada detiene la compresión: nace un agujero negro.

El brazo de un río estelar rodea el centro de una galaxia lejana, como una cinta luminosa sobre una montura invisible. Esa montura es el halo oscuro: una enorme nube de materia oscura invisible que, con su atracción, mantiene unidas a las estrellas y al gas.

La materia oscura es invisible, pero su gravedad gobierna el movimiento de las galaxias. De qué está hecha es un misterio. Una idea: son partículas ultraligeras, parecidas a los axiones.

El universo está lleno de una sustancia invisible: la materia oscura. Sentimos su atracción, pero ¿de qué está hecha? Quizás es un océano de partículas ultraligeras, con una masa tan pequeña que se comportan más como ondas que como partículas. Para captar este oleaje cósmico, los científicos recurrieron a los faros más precisos: los púlsares.

Cuando los agujeros negros o estrellas de neutrones se fusionan, puntean el espacio, emitiendo ondas gravitacionales — un chirrido predicho por Einstein. Detectores como LIGO capturan esta melodía cósmica, cuyo tono codifica las masas.

El universo se parece a una esponja gigante: brillantes filamentos de galaxias envuelven enormes vacíos oscuros. Dentro de estos filamentos y muros se esconden grumos de materia oscura invisible: los halos.

Estudiar el nacimiento de las galaxias requiere modelar miles de millones de años de crecimiento de materia oscura y formación estelar; incluso las supercomputadoras lo hacen lentamente.

En la cocina hay un cubo con agua y otro igual con arena. Vertemos la arena en el agua y obtenemos una mezcla donde hay exactamente cinco veces más arena que agua. Así está organizado nuestro universo: hay una parte de materia ordinaria, de la que están hechas las estrellas, los planetas y nosotros mismos, y cinco partes de la esquiva materia oscura.

Una olla en la que hierve una sopa de tres ingredientes. El cocinero cambia las proporciones sobre la marcha y se sigue la pista mediante la posición de un punto en una escala triangular. Así, más o menos, es como los físicos analizan los neutrinos procedentes de una explosión de supernova.

El Universo es una telaraña gigantesca de materia oscura invisible y galaxias, estirada por la expansión del espacio. Los neutrinos — partículas fantasmales casi imperceptibles — apenas se adhieren a los hilos, pero su masa total cambia sutilmente la tensión de toda la red.

La luz de una galaxia lejana tarda miles de millones de años en llegar hasta nosotros, y por el camino su trayectoria se curva ligeramente: así se manifiesta la masa invisible que llamamos materia oscura. Esa curvatura estira o comprime un poco la imagen de la galaxia, como un reflejo en un cristal irregular.

Una galaxia se parece a un tiovivo gigante: las estrellas y el gas giran alrededor del centro, y la velocidad de su movimiento delata cuánta materia hay en ese tiovivo. Si solo viéramos la materia luminosa, las partes exteriores girarían más lentamente de lo que muestran las observaciones.

Las imágenes de galaxias lejanas están salpicadas de arcos curvos y manchas: es la luz distorsionada en su camino hacia nosotros. El efecto, predicho por Albert Einstein, funciona como un espejo curvo gigante: un cúmulo masivo de galaxias distorsiona las imágenes de las fuentes de fondo.

En las oscuras profundidades del cosmos se esconde una materia invisible. No brilla, pero su atracción mantiene unidas a las galaxias. Por lo general, se considera que la materia oscura obedece las mismas leyes de la gravedad que las mesas y las sillas.

En el centro de nuestra galaxia se encuentra un agujero negro supermasivo alrededor del cual giran estrellas. Su movimiento se asemeja a una danza: unas trazan órbitas alargadas, otras casi circulares.

Una galaxia no es solo un puñado de estrellas. En el centro de muchas de ellas arde algo más brillante que miles de millones de soles: gas sobrecalentado que cae en un agujero negro. Por el color de ese resplandor se puede saber qué vida lleva la galaxia: si está formando estrellas tranquilamente o si está devorando materia de forma violenta.

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 materia oscura es como un pegamento invisible que mantiene unidas a las galaxias. No emite luz, pero si sus partículas chocan, puede destellar radiación gamma.

El campo magnético de la Tierra se asemeja a un río invisible que serpentea bajo nuestros pies. Los navegantes y los geólogos consultan los mapas de este río, pero los instrumentos toman lecturas solo en puntos aislados, y entre ellos quedan manchas blancas. Rellenarlas es como dibujar el cauce de un río a partir de unas pocas piedras encontradas en la orilla.

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.

Los cuerpos supermasivos curvan el espacio, convirtiéndose en una lente que refracta la luz de objetos lejanos. Esta curvatura del espacio permite a los astrónomos observar lo invisible. Recientemente, este método ayudó a descubrir un bloque oculto con la masa de un millón de soles.