Los científicos están escuchando los susurros del universo con nuevos datos
A menudo pensamos en la astronomía como una ciencia visual con bellas imágenes del universo. Sin embargo, los astrónomos utilizan una amplia gama de herramientas de análisis más allá de las imágenes para comprender la naturaleza a un nivel más profundo.
La sonificación de datos es el proceso de convertir datos en sonido. Tiene poderosas aplicaciones en la investigación, la educación y la divulgación, y también permite a las comunidades ciegas y con problemas de visión comprender tramas, imágenes y otros datos. Su uso como herramienta en la ciencia aún se encuentra en sus primeras etapas, pero los grupos de astronomía están liderando el camino.
En un artículo publicado en Nature Astronomy, mis colegas y yo discutimos el estado actual de la sonificación de datos en astronomía y otros campos, brindamos una descripción general de 100 proyectos basados en sonido y exploramos sus direcciones futuras.
El efecto cóctel
Imagina esta escena: estás en una fiesta llena de gente que es bastante ruidosa. No conoces a nadie y todos hablan un idioma que no puedes entender, no es bueno. Luego escucha fragmentos de una conversación en un rincón lejano en su idioma. Te enfocas en él y te diriges a presentarte.
Si bien es posible que nunca hayas experimentado una fiesta así, la idea de escuchar una voz o un idioma reconocible en una habitación ruidosa le resulta familiar. La capacidad del oído y el cerebro humanos para filtrar los sonidos no deseados y recuperar los sonidos deseados se denomina “ efecto cóctel ”.
De manera similar, la ciencia siempre está ampliando los límites de lo que se puede detectar, lo que a menudo requiere extraer señales muy débiles de datos ruidosos. En astronomía, a menudo nos esforzamos por encontrar las señales más débiles, más lejanas o más fugaces. La sonificación de datos nos ayuda a ampliar aún más estos límites.
El video a continuación proporciona ejemplos de cómo la sonificación puede ayudar a los investigadores a discernir señales débiles en los datos. Presenta la sonificación de nueve ráfagas de una ráfaga de radio rápida repetitiva llamada FRB121102.
Las ráfagas de radio rápidas son ráfagas de emisión de radio de milisegundos que se pueden detectar en la mitad del universo. Todavía no sabemos qué los causa. Detectarlos en otras longitudes de onda es la clave para comprender su naturaleza.
Una buena cosa en abundancia
Cuando exploramos el universo con telescopios, encontramos que está lleno de explosiones cataclísmicas que incluyen muertes de estrellas como supernovas, fusiones de agujeros negros y estrellas de neutrones que crean ondas gravitacionales y ráfagas de radio rápidas.
Aquí puedes escuchar la fusión de dos agujeros negros.
Y la fusión de dos estrellas de neutrones.
Estos eventos nos permiten comprender la física extrema en las energías y densidades más altas conocidas. Nos ayudan a medir la tasa de expansión del universo y la cantidad de materia que contiene, y para determinar dónde y cómo se crearon los elementos, entre otras cosas.
Las próximas instalaciones, como el Observatorio Rubin y el Square Kilometre Array, detectarán decenas de millones de estos eventos cada noche. Empleamos computadoras e inteligencia artificial para hacer frente a estas cantidades masivas de detecciones.
Sin embargo, la mayoría de estos eventos son ráfagas débiles, y las computadoras son muy buenas para encontrarlos. Una computadora puede detectar una ráfaga débil si se le da una plantilla de la señal «deseada». Pero si las señales se apartan de este comportamiento esperado, se pierden.
Y, a menudo, estos mismos eventos son los más interesantes y brindan la mayor comprensión de la naturaleza del universo. El uso de sonificación de datos para verificar estas señales e identificar valores atípicos puede ser poderoso.
Más de lo que parece
La sonificación de datos es útil para interpretar la ciencia porque los humanos interpretan la información de audio más rápido que la información visual. Además, el oído puede discernir más niveles de tono de los que el ojo puede discernir niveles de color (y en un rango más amplio).
Otra dirección que estamos explorando para la sonificación de datos es el análisis de datos multidimensionales, que implica comprender las relaciones entre muchas características o propiedades diferentes en el sonido.
Graficar datos en diez o más dimensiones simultáneamente es demasiado complejo e interpretarlos es demasiado confuso. Sin embargo, los mismos datos se pueden comprender mucho más fácilmente a través de la sonificación.
Resulta que el oído humano puede distinguir inmediatamente la diferencia entre el sonido de una trompeta y el de una flauta, incluso si tocan la misma nota (frecuencia) con el mismo volumen y duración
¿Por qué? Porque cada sonido incluye armónicos de orden superior que ayudan a determinar la calidad del sonido o el timbre. Las diferentes fuerzas de los armónicos de orden superior permiten al oyente identificar rápidamente el instrumento.
Ahora imagine ubicar información (diferentes propiedades de los datos) como diferentes fuerzas de armónicos de orden superior. Cada objeto estudiado tendría un tono único, o pertenecería a una clase de tonos, dependiendo de sus propiedades generales.
Con un poco de entrenamiento, una persona podría escuchar y reconocer casi instantáneamente todas las propiedades del objeto, o su clasificación, a partir de un solo tono.
Más allá de la investigación
La sonificación también tiene grandes usos en educación ( Sonokids ) y divulgación (por ejemplo, SYSTEM Sounds y STRAUSS ), y tiene amplias aplicaciones en áreas que incluyen medicina, finanzas y más.
Pero quizás su mayor poder es permitir que las comunidades ciegas y con discapacidad visual comprendan imágenes y tramas para ayudar en la vida cotidiana.
También puede permitir una investigación científica significativa, y hacerlo cuantitativamente, ya que las herramientas de investigación de sonificación proporcionan valores numéricos a pedido.
Esta capacidad puede ayudar a promover las carreras STEM entre las personas ciegas y con discapacidad visual. Y al hacerlo, podemos aprovechar un grupo masivo de científicos brillantes y pensadores críticos que de otro modo no habrían imaginado un camino hacia la ciencia.
Lo que necesitamos ahora es el apoyo del gobierno y de la industria para desarrollar aún más las herramientas de sonificación, mejorar el acceso y la usabilidad, y ayudar a establecer estándares de sonificación.
Con el creciente número de herramientas disponibles y la creciente necesidad en la investigación y la comunidad, ¡el futuro de la sonificación de datos suena brillante!
Fuente: The Conversation
Profesor, Centro de Astrofísica y Supercomputación, Universidad Tecnológica de Swinburne