La Semana Mundial del Espacio 2023 está aquí y Space.com está analizando el estado actual de la inteligencia artificial (IA) y su impacto en la astronomía y la exploración espacial, mientras la era espacial celebra su 66 aniversario. Aquí, Paul Sutter discute cómo la IA está ayudando a los astrónomos a hacer nuevos descubrimientos increíbles.
El papel de la inteligencia artificial en la astronomía
La inteligencia artificial está cambiando la forma en que interactuamos con el universo. Como ciencia, la astronomía tiene una larga tradición de búsqueda de patrones mediante el análisis de grandes cantidades de datos, descubrimientos accidentales y una conexión profunda entre la teoría y la observación. Estas son áreas en las que los sistemas de inteligencia artificial pueden hacer que el campo de la astronomía sea más rápido y poderoso que nunca.
Tener en cuenta que inteligencia artificial es un término muy amplio que abarca una amplia variedad de herramientas y técnicas de software semi-relacionadas. Los astrónomos suelen recurrir a las redes neuronales, donde el software aprende sobre todas las conexiones en un conjunto de datos de entrenamiento y luego aplica ese conocimiento en un conjunto de datos reales.
Procesamiento de datos
Un ejemplo de la aplicación de la inteligencia artificial en astronomía es el procesamiento de datos. Las imágenes impresionantes que vemos en línea del Telescopio Espacial Hubble o el Telescopio Espacial James Webb están lejos de ser la primera captura que estos instrumentos tomaron de esa área particular del cielo.
Las imágenes astronómicas en bruto están llenas de errores, elementos no deseados, contaminantes, artefactos y ruido. Procesar y limpiar estas imágenes para obtener un resultado presentable y útil para la investigación científica requiere una cantidad enorme de trabajo, generalmente realizado de manera parcial manual y parcialmente por sistemas automatizados.
Cada vez más, los astrónomos recurren a la inteligencia artificial para procesar los datos, eliminando las partes inútiles de las imágenes para producir un resultado limpio. Por ejemplo, una imagen del agujero negro supermasivo en el corazón de la galaxia Messier 87 (M87), publicada por primera vez en 2019, recibió un retoque de aprendizaje automático en abril de 2023, lo que resultó en una imagen mucho más clara de la estructura del agujero negro.
En otro ejemplo, algunos astrónomos alimentan imágenes de galaxias en un algoritmo de red neuronal, instruyendo al algoritmo con el esquema de clasificación de las galaxias descubiertas. Las clasificaciones existentes provienen de asignaciones manuales, ya sea realizadas por los propios investigadores o por voluntarios de proyectos de ciencia ciudadana. Con el conjunto de datos de entrenamiento en mano, la red neuronal puede aplicarse a datos reales y clasificar automáticamente las galaxias, un proceso mucho más rápido y con menos errores que la clasificación manual.
Eliminando la interferencia óptica
Los astrónomos también pueden utilizar la IA para eliminar la interferencia óptica creada por la atmósfera terrestre en las imágenes del espacio tomadas por telescopios terrestres.
La IA también se ha propuesto para ayudarnos a detectar firmas de vida en Marte, comprender por qué la corona del sol está tan caliente o revelar las edades de las estrellas.
Analizando el cosmos con la IA
Los cosmólogos también están utilizando redes neuronales para adentrarse más en el universo que nunca. Estos científicos están comenzando a emplear la inteligencia artificial para comprender la naturaleza fundamental del cosmos. Dos de los mayores misterios cósmicos son la identidad de la materia oscura y la energía oscura, dos sustancias que representan más del 95% de toda la energía en el universo y que están más allá de nuestro conocimiento actual de la física.
Para ayudar a identificar esas extrañas sustancias, los cosmólogos están tratando de medir sus propiedades: cuánta materia oscura y energía oscura hay y cómo han cambiado a lo largo de la historia del universo. Pequeños cambios en las propiedades de la materia oscura y la energía oscura tienen efectos profundos en la historia resultante del cosmos, afectando desde la disposición de las galaxias hasta las tasas de formación de estrellas en galaxias como nuestra Vía Láctea.
Las redes neuronales están ayudando a los cosmólogos a desentrañar todos los efectos de la materia oscura y la energía oscura. En este caso, los datos de entrenamiento provienen de simulaciones por computadora sofisticadas en las que los cosmólogos varían las propiedades de la materia oscura y la energía oscura para ver qué cambios ocurren. Luego, alimentan esos resultados en la red neuronal para que pueda descubrir todas las formas interesantes en que cambia el universo. Aunque aún no está listo para su uso generalizado, se espera que los cosmólogos puedan apuntar la red neuronal a observaciones reales y permitir que nos diga de qué está hecho el universo.
Manejo de grandes cantidades de datos
Enfoques como estos son cada vez más críticos a medida que los observatorios astronómicos modernos generan enormes cantidades de datos. El Observatorio Vera C. Rubin, una instalación de última generación en construcción en Chile, se encargará de proporcionar más de 60 petabytes de datos en bruto en forma de imágenes de alta resolución del cielo. Analizar esa cantidad de datos está más allá de las capacidades incluso de los estudiantes de posgrado más dedicados. Solo las computadoras, con la ayuda de la inteligencia artificial, podrán realizar esa tarea.
De particular interés para el próximo observatorio será la búsqueda de lo inesperado. Por ejemplo, el astrónomo William Herschel descubrió el planeta Urano por accidente durante un estudio regular del cielo nocturno. La inteligencia artificial se puede utilizar para identificar y reportar objetos potencialmente interesantes al identificar cualquier cosa que no encaje en un patrón establecido. De hecho, los astrónomos ya han utilizado la IA para detectar un asteroide potencialmente peligroso utilizando un algoritmo diseñado específicamente para el Observatorio Vera C. Rubin.
¿Quién sabe qué descubrimientos futuros tendremos que agradecer a una máquina?
Consultas habituales
- ¿Qué es la inteligencia artificial en astronomía?
- ¿Cómo se utiliza la inteligencia artificial en el procesamiento de datos astronómicos?
- ¿Cuál es el papel de las redes neuronales en la cosmología?
- ¿Cómo puede la inteligencia artificial ayudar a los astrónomos a identificar objetos potencialmente interesantes?
- ¿Cuál es el desafío de manejar grandes cantidades de datos astronómicos y cómo puede la IA ayudar?
La inteligencia artificial está revolucionando la astronomía al permitir a los astrónomos procesar grandes cantidades de datos, eliminar interferencias ópticas, clasificar galaxias y explorar los misterios del cosmos. La capacidad de la IA para manejar grandes conjuntos de datos y realizar tareas complejas de manera eficiente y precisa es vital en un campo donde la cantidad de información generada es abrumadora. A medida que la tecnología avanza y los observatorios modernos continúan capturando imágenes y datos del universo, podemos esperar que la inteligencia artificial desempeñe un papel cada vez más importante en la astronomía y nos ayude a descubrir nuevos enigmas del universo.
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