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Big Data está transformando cómo los astrónomos hacen descubrimientos

A principios de este año, los astrónomos se toparon con un hallazgo fascinante: es probable que existan miles de agujeros negros cerca del centro de nuestra galaxia.

Las imágenes de rayos X que permitieron este descubrimiento no eran de un nuevo telescopio de última generación. Ni siquiera se tomaron recientemente, algunos de los datos se recopilaron hace casi 20 años.

No, los investigadores descubrieron los agujeros negros cavando a través de datos antiguos y archivados durante mucho tiempo.

Descubrimientos como este solo se volverán más comunes, ya que la era de los "grandes datos" cambia la forma en que se hace la ciencia. Los astrónomos recopilan una cantidad de datos exponencialmente mayor todos los días, tanto que llevará años descubrir todas las señales ocultas ocultas en los archivos.

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Hace sesenta años, el astrónomo típico trabajaba en gran medida solo o en un pequeño equipo. Probablemente tenían acceso a un telescopio óptico terrestre respetablemente grande en su institución de origen.

Sus observaciones se limitaron en gran medida a las longitudes de onda ópticas, más o menos lo que el ojo puede ver. Eso significaba que se perdieron las señales de una gran cantidad de fuentes astrofísicas, que pueden emitir radiación no visible desde la radio de muy baja frecuencia hasta los rayos gamma de alta energía. En su mayor parte, si quería hacer astronomía, tenía que ser una persona académica o excéntrica con acceso a un buen telescopio.

Los datos antiguos se almacenaron en forma de placas fotográficas o catálogos publicados. Pero acceder a los archivos desde otros observatorios podría ser difícil, y era prácticamente imposible para los astrónomos aficionados.

Hoy en día, hay observatorios que cubren todo el espectro electromagnético. Ya no son operados por instituciones individuales, estos observatorios de vanguardia generalmente son lanzados por agencias espaciales y a menudo son esfuerzos conjuntos que involucran a muchos países.

Con la llegada de la era digital, casi todos los datos están disponibles públicamente poco después de que se obtienen. Esto hace que la astronomía sea muy democrática: cualquiera que quiera puede volver a analizar casi cualquier conjunto de datos que sea noticia. (¡Usted también puede ver los datos de Chandra que llevaron al descubrimiento de miles de agujeros negros!)

El telescopio espacial Hubble El telescopio espacial Hubble (NASA)

Estos observatorios generan una cantidad asombrosa de datos. Por ejemplo, el telescopio espacial Hubble, que opera desde 1990, ha realizado más de 1.3 millones de observaciones y transmite alrededor de 20 GB de datos en bruto cada semana, lo que es impresionante para un telescopio diseñado por primera vez en la década de 1970. El Atacama Large Millimeter Array en Chile ahora prevé agregar 2 TB de datos a sus archivos todos los días.

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Los archivos de datos astronómicos ya son impresionantemente grandes. Pero las cosas están a punto de explotar.

Cada generación de observatorios suele ser al menos 10 veces más sensible que la anterior, ya sea por una tecnología mejorada o porque la misión es simplemente más grande. Dependiendo de cuánto tiempo se ejecute una nueva misión, puede detectar cientos de veces más fuentes astronómicas que las misiones anteriores en esa longitud de onda.

Por ejemplo, compare el antiguo observatorio de rayos gamma EGRET, que voló en la década de 1990, con la misión insignia de la NASA Fermi, que cumple 10 años este año. EGRET detectó solo unas 190 fuentes de rayos gamma en el cielo. Fermi ha visto más de 5, 000.

El Gran Telescopio Synoptic Survey, un telescopio óptico actualmente en construcción en Chile, tomará imágenes de todo el cielo cada pocas noches. Será tan sensible que generará 10 millones de alertas por noche en fuentes nuevas o transitorias, lo que generará un catálogo de más de 15 petabytes después de 10 años.

La matriz de kilómetros cuadrados, cuando se complete en 2020, será el telescopio más sensible del mundo, capaz de detectar estaciones de radar de aeropuertos de civilizaciones extraterrestres a una distancia de hasta 50 años luz. En solo un año de actividad, generará más datos que todo Internet.

Estos ambiciosos proyectos pondrán a prueba la capacidad de los científicos para manejar datos. Las imágenes deberán procesarse automáticamente, lo que significa que los datos deberán reducirse a un tamaño manejable o transformarse en un producto terminado. Los nuevos observatorios están empujando la envoltura de la potencia computacional, requiriendo instalaciones capaces de procesar cientos de terabytes por día.

Los archivos resultantes, todos con capacidad de búsqueda pública, contendrán 1 millón de veces más información que la que se puede almacenar en su disco de respaldo típico de 1 TB.

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El diluvio de datos hará que la astronomía se convierta en una ciencia más colaborativa y abierta que nunca. Gracias a los archivos de Internet, comunidades de aprendizaje sólidas y nuevas iniciativas de divulgación, los ciudadanos ahora pueden participar en la ciencia. Por ejemplo, con el programa de computadora, cualquiera puede usar el tiempo de inactividad de su computadora para ayudar a buscar ondas gravitacionales de los agujeros negros que chocan.

También es un momento emocionante para los científicos. Los astrónomos como yo a menudo estudian fenómenos físicos en escalas de tiempo tan salvajemente más allá de la vida humana típica que verlos en tiempo real simplemente no va a suceder. Eventos como una fusión típica de galaxias, que es exactamente lo que parece, pueden tomar cientos de millones de años. Todo lo que podemos capturar es una instantánea, como un solo cuadro fijo de un video de un accidente automovilístico.

Sin embargo, hay algunos fenómenos que ocurren en escalas de tiempo más cortas, que toman solo algunas décadas, años o incluso segundos. Así es como los científicos descubrieron esos miles de agujeros negros en el nuevo estudio. También es cómo se dieron cuenta recientemente de que la emisión de rayos X desde el centro de una galaxia enana cercana se ha desvanecido desde que se detectó por primera vez en la década de 1990. Estos nuevos descubrimientos sugieren que se encontrarán más en los datos de archivo que abarcan décadas.

Un chorro de gas caliente impulsado por un agujero negro en la galaxia elíptica gigante M87. Un chorro de gas caliente impulsado por un agujero negro en la galaxia elíptica gigante M87. (NASA, ESA, E. Meyer, W. Sparks, J. Biretta, J. Anderson, ST Sohn y R. van der Marel (STScI), C. Norman (Universidad Johns Hopkins) y M. Nakamura (Academia Sinica ))

En mi propio trabajo, uso los archivos del Hubble para hacer películas de "jets", plasma de alta velocidad expulsado en haces de agujeros negros. Utilicé más de 400 imágenes en bruto que abarcan 13 años para hacer una película del avión en la cercana galaxia M87. Esa película mostró, por primera vez, los movimientos de torsión del plasma, lo que sugiere que el chorro tiene una estructura helicoidal.

Este tipo de trabajo solo fue posible porque otros observadores, para otros fines, simplemente capturaron imágenes de la fuente que me interesaba, cuando estaba en el jardín de infantes. A medida que las imágenes astronómicas se vuelven más grandes, de mayor resolución y cada vez más sensibles, este tipo de investigación se convertirá en la norma.


Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. La conversación

Eileen Meyer, profesora asistente de física, Universidad de Maryland, condado de Baltimore

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