análisis espectral con IA

Una tormenta en las capas altas de la atmósfera dura millonésimas de segundo. Un rayo cósmico, un protón o un núcleo de helio, golpea las moléculas del aire y hacia abajo viaja un enjambre de partículas. La mayoría se mantienen juntas, pero a veces una partícula recibe tanta energía que se adelanta.

El instrumento ilumina la muestra con un haz infrarrojo y las moléculas responden con su patrón de absorción, como campanillas de distinto tono. Ese patrón, el espectro, guarda información sobre la composición química.

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.

Una piedrecita en el fondo del arroyo yace inmóvil mientras los destellos del sol bailan en la superficie del agua. En astronomía ocurre el mismo contraste: un verdadero exoplaneta es la piedra, y miríadas de speckles (manchas de luz estelar dispersa) son las ondas que titilan en los instrumentos.

Una cámara de un solo píxel se asemeja a un pintor que crea una obra a través de una plantilla con múltiples agujeros. Cada toma deja pasar solo una parte del flujo de luz, y luego una computadora reconstruye la imagen completa a partir de este mosaico. Antes, el orden de las máscaras era fijo, como si el pintor usara siempre la misma plantilla sin prestar atención a la escena.

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.

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

Una colcha de retazos donde cada retazo es un registro de la actividad de una pequeña región del cerebro. Un retazo se cosió el lunes en Londres, otro el martes en Nueva York, y un tercero hace un mes en Tokio. Todo este mosaico cubre el cerebro solo parcialmente, y no hay una costura común para unirlos.

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.

Tras la fusión, el agujero negro recién nacido emite un temblor que se desvanece — ondas gravitacionales, como el tañido de una campana. Por los armónicos de esta señal, la espectroscopía puede determinar su masa y velocidad de rotación.

Un espectro es como una fotografía del interior de una sustancia, tomada con luz. Cuando un haz atraviesa la muestra o se refleja en ella, las moléculas dejan en esa foto unas bandas oscuras características: los picos. Pero si la imagen está sobreexpuesta o cubierta por un velo gris, distinguir los detalles resulta casi imposible.

La búsqueda de inteligencia extraterrestre ha esperado durante décadas silbidos suaves desde el espacio. Pero nuestra propia tecnosfera ha creado un fondo de radio continuo, como el zumbido de una gran metrópolis. Si las estrellas vecinas tienen antenas sensibles, ya estarían escuchando este ruido.

Cien personas hablan a la vez en una sala grande. Intentas escuchar a una, pero las voces se mezclan, algunas susurran y ni siquiera sospechas que existen otras. Así se siente un analizador de gas láser común cuando decenas de sustancias se mezclan en una cámara de combustión o en una tubería de fábrica.

Un lidar convencional es como un pintor que dibuja un paisaje pero solo ve sombras grises. Mide con precisión la distancia a cada punto, pero no puede decir si eso es piedra, madera o plástico. Para conocer la composición se necesita un espectrómetro, un dispositivo aparte que funciona lentamente y no sigue el ritmo de un escáner rápido.

Las estrellas calientes masivas son las cocinas del universo, donde se preparan los elementos pesados. Terminan su vida con explosiones de supernovas. Para entender su receta, los astrónomos usan espectroscopía: el análisis de la banda de arcoíris de luz al pasar por un prisma. Antes, descifrar ese “menú” tomaba horas.

Un destello láser dura unos pocos femtosegundos: es como si un instante se dividiera en un millón de partes. En ese destello se mezclan muchos colores a la vez, del rojo al violeta. Los instrumentos que miden la forma del destello suelen equivocarse: unos colores los ven bien, otros mal. Por eso la imagen sale borrosa. Los autores del artículo proponen una salida sencilla.

En el tratamiento del cáncer de próstata, los médicos suelen ver no un solo tumor, sino múltiples focos en los huesos y los ganglios linfáticos. Cada foco puede responder a la terapia de manera distinta: uno se reduce, otro permanece estable, un tercero crece. Antes se evaluaba la enfermedad en su conjunto, como si se juzgara el clima por la temperatura media del año.

Un dedo se ilumina con un rayo láser y parte de la luz regresa después de haber viajado por el interior. Así funciona la espectroscopía Raman: las moléculas del hueso y de la piel alteran de manera distinta el color del rayo reflejado, dejando en él su huella química.

Para distinguir una estrella tenue sobre una ciudad nocturna brillante, los astrónomos restan una imagen de otra: eliminan el resplandor de las farolas. Lo mismo hacen con las neuronas vivas: sus débiles destellos se ahogan en el ruido, pero si restamos todo lo invariable, solo quedan ellos.

La batería de un teléfono o de un coche eléctrico es una pequeña fábrica química. En su interior, los iones de litio corren entre dos electrodos, y en el límite con el líquido electrolito se forma una fina película que determina cuánto durará la batería. Esta película se llama interfase de electrolito sólido.

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.

Una partícula cargada que gira en un campo magnético no se queda callada: emite luz. Esa luz se llama radiación de sincrotrón y aparece en todas partes, desde galaxias lejanas hasta aceleradores de laboratorio.

En un campo enorme de luciérnagas que destellan de a una y no en enjambre, busca el nuevo sistema automático. Pasa el láser por la muestra como si fuera una linterna y en cada punto anota el color y el brillo del resplandor.

La luz infrarroja con una longitud de onda de unos tres micrómetros es el rango de trabajo para identificar moléculas: cada molécula absorbe la luz en sus frecuencias características, dejando una "huella dactilar".

El gas incandescente que fluye desde el Sol no es una corriente uniforme, sino más bien una sopa de partículas cargadas. En esta sopa, las ondas hierven de vez en cuando: los campos eléctricos destellan y se apagan, como las ondas en el agua al lanzar una piedra. Una de estas ondas es la onda acústica ión-ión.

La luz de una estrella se extiende en una banda de arcoíris. Las líneas oscuras son cicatrices de elementos absorbidos, los picos brillantes son huellas de gas caliente. Así se ve un espectro, la principal pista en manos de un astrónomo.

El láser incide en el tejido y este responde con un chasquido apenas audible: una onda sonora. La captan unos sensores y con ellos se construye una imagen de lo que hay dentro. Así funciona la imagen fotoacústica: la luz penetra en profundidad y el sonido saca la imagen al exterior. En el nuevo esquema no hay sensores.

Los grafos se consideran iguales si su «relieve» coincide. Dos mapas con montañas y valles: incluso con diferentes trazos, las alturas y pendientes pueden ser las mismas.

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.

En 2008, un grupo de físicos dedicó meses de tiempo de supercomputación para calcular una única magnitud en la teoría de la gravedad cuántica.