La inteligencia artificial busca respuestas al misterio de la expansión del universo

Por Julio García G. / Periodista de Ciencia

La inteligencia artificial ha permeado en la mayoría de las actividades humanas y la tendencia es creciente, sigue avanzando.  

Por ejemplo, en disciplinas como la astronomía, la IA ayuda a procesar, clasificar y detectar patrones en grandes volúmenes de datos, lo que permite a los científicos concentrarse en la interpretación. 

No obstante, quizá en un futuro no muy lejano ésta logre por sí misma –y sin recurrir demasiado a la ayuda humana– interpretar con precisión la información que generan los instrumentos de observación. 

Un ejemplo de cómo esta disciplina, y especialmente la cosmología, se benefician de la utilización de la IA, es la reciente creación de un método que podría mejorar la investigación en torno a cómo y por qué el universo se expande y lo hace cada vez a mayor velocidad. 

Los responsables de desarrollar este método son astrónomos del Instituto de las Ciencias del Cosmos de la Universidad de Barcelona, quienes, junto con una colaboración internacional de científicos de otros países, han logrado generar un modelo de IA que, auguran, permitirá comprender mejor que es la energía oscura (bien a bien no se sabe todavía qué es) y por qué causa que el Universo se expanda.

La investigación, cuyos pormenores fueron publicados en la revista Nature Astronomy, da cuenta de cómo han creado una IA capaz de extraer información de las denominadas Supernovas Ia.

Una supernova es, básicamente, una explosión de una estrella extremadamente energética que ocurre al final de la vida de estrellas masivas; o cuando una enana blanca acumula demasiada masa. Durante este fenómeno que, por cierto, suele ser bastante espectacular si se le observa desde la Tierra, la estrella libera una gran cantidad de energía y puede brillar, más que una galaxia, durante un breve periodo de tiempo. 

Las supernovas Ia se producen, precisamente, cuando una estrella enana blanca acumula demasiada materia y desencadena una explosión descontrolada. 

La pregunta ahora es: ¿qué tan importantes son las supernovas Ia y qué nos pueden decir sobre la expansión del cosmos? 

Resulta que este tipo de supernovas son consideradas por los astrónomos una de las herramientas más importantes para estudiar la expansión debido a que poseen un brillo muy similar entre sí. Esto permite que se les utilice como una especie de “candela estándar”, lo cual significa que, dado que se conoce su brillo real debido a que brillan de la misma forma, son una excelente herramienta para calcular distancias cósmicas y, por consiguiente, resultan relevantes para determinar la edad del Universo. 

No obstante, y gracias a investigaciones que han tenido lugar en los últimos 20 años, los astrónomos se han dado cuenta de que no todas las supernovas Ia brillan exactamente de la misma manera, lo cual se debe no únicamente a que no son perfectamente idénticas, sino también porque se ven influenciadas por las galaxias que las hospedan. Otra cosa que influye en su brillo es el polvo que las rodea y que hace menos brillante su luz. 

Precisamente, el nuevo trabajo publicado en Nature aborda esta problemática. De hecho, es lo que le da sustento ya que, mediante el uso de la IA, los astrónomos e ingenieros han logrado crear un modelo computacional que les permite simular universos virtuales con el objetivo de identificar relaciones complejas –a través de la estadística– entre las observaciones y los parámetros físicos que describen al Universo.

Mediante este nuevo enfoque es posible analizar miles de supernovas de manera conjunta, algo que sería extremadamente difícil a través de los métodos tradicionales. 

Por ejemplo, uno de los resultados más relevantes del trabajo publicado es que el sistema computacional puede estimar con mucha precisión las distancias a las galaxias utilizando únicamente imágenes, sin necesidad de recurrir a observaciones espectroscópicas que son bastante costosas y que requieren más tiempo. 

Una observación espectroscópica es aquella que utiliza un espectroscopio para descomponer la luz de un objeto astronómico en las diferentes longitudes de onda que la componen. De hecho, esto permite identificar su composición química, temperatura, velocidad y medir su desplazamiento al rojo. En galaxias lejanas, este desplazamiento al rojo está relacionado con la expansión del Universo debido a que, cuanto más distante se encuentra una galaxia, mayor suele ser el corrimiento de la luz hacia longitudes de onda más largas producto de dicha expansión. 

El telescopio Vera C. Rubin

Desde 2025 entró en funcionamiento el Observatorio Vera C. Rubin, el cual lleva este nombre en honor de la astrónoma estadounidense Vera C. Rubin, cuyas aportaciones a la astronomía durante las décadas de los 50´s y 80´s del siglo pasado son sumamente relevantes ya que fue la primera persona en medir la rotación de las estrellas dentro de una galaxia, lo que posteriormente llevo a otros astrónomos físicos a pensar en la existencia de materia oscura. 

Así, el Vera C. Rubin permitirá realizar observaciones masivas del cielo austral con la intención de crear el conjunto de datos astronómicos más grande de la historia. 

Lo más interesante es que el nuevo modelo de IA al que me he referido ha sido pensado precisamente para utilizarse en este Observatorio, ya que el telescopio Rubin está creado para detectar millones de fenómenos astronómicos y cientos de miles de supernovas de tipo Ia. 

Con toda esta nueva información por analizar, procesar e interpretar, es fundamental crear modelos computacionales que permitan darle orden y sentido a todos estos datos.

Una vez que los datos estén ahí, los cosmólogos tendrán la posibilidad de plantear modelos e hipótesis sobre cuál será el futuro del Universo, es decir, habrá mayores posibilidades de saber su edad, el papel de la energía oscura en su expansión y quizá, conocer cuándo llegará a su fin (si es que en algún momento del tiempo lo tendrá). 

Las Supernovas Ia son clave para determinar todo esto. De ahí la importancia de que los investigadores las sigan estudiando. 

La IA, por su parte, es relevante porque no solamente permitirá conocer y comprender mejor el Cosmos a gran escala, sino también ayudará a los científicos a procesar de forma más eficiente aquella información que proviene de los aceleradores de partículas: de los artilugios, como el Gran Colisionador de Hadrones, que permiten tener una idea más profunda de cómo está constituida la materia, el mundo de lo muy pequeño, y de cómo se interrelacionan el microcosmos y el macrocosmos, la intricada realidad de la que formamos parte.