This is an authorized translation of an Eos article. Esta es una traducción al español autorizada de un artículo de Eos.
El agujero negro supermasivo en el centro de NGC 1275, una galaxia situada en el corazón del cúmulo de Perseo, emite sonidos similares a los gemidos de un duende en una casa embrujada de Halloween. El gemido se produce cuando la radiación de un disco de acreción alrededor del agujero negro de 800 millones de masas solares empuja el gas que cae en la boca del agujero negro. La interacción crea ondas sonoras en el gas, produciendo el sonido más grave jamás descubierto: 57 octavas por debajo del Do central.
“Son cientos de teclados por debajo de lo que podemos escuchar”, dijo Kimberly Kowal Arcand, una científica de visualización que trabaja con datos del Observatorio de Rayos X Chandra en el Centro de Astrofísica de Harvard y Smithsonian.
El sonido no viaja a través del vacío intergaláctico hasta la Tierra, al menos no directamente. En su lugar, los astrónomos observan las ondulaciones en imágenes de las nubes de gas del cúmulo. Un equipo de investigadores convirtió las ondas de luz en sonido, luego las ajustaron al rango de la audición humana. “Mantuvimos [el sonido] en el extremo inferior porque intuitivamente no tendría sentido hacerlos más agudo”, explicó Matt Russo, un físico de la Universidad de Toronto que trabajó con Arcand y otros para producir el sonido.
“Las personas dicen que suena exactamente como ellos esperarían que un agujero negro sonara: oscuro, siniestro, misterioso. Realmente tocó una fibra sensible”, dijo Russo.
Muchas fibras sensibles, para ser preciso. El audio ha sido reproducido o descargado más de 2,000 millones de veces, y la historia apareció en más de 1,200 noticiarios, sitios web, revistas y otros medios en sólo un mes, explica Arcand. “La reacción fue una locura”.
Aunque es, por mucho, el ejemplo más popular, el agujero negro de NGC 1275 no es la primera “voz” astronómica que resuena en el cosmos. Los científicos nos han permitido escuchar planetas, lunas, estrellas, supernovas, galaxias y muchos otros objetos. Sus esfuerzos abarcan desde grabaciones directas de los sonidos en Marte hasta interpretaciones artísticas de algunas de las imágenes espectaculares de Chandra, James Webb, Hubble y otros telescopios espaciales.
“Definitivamente, hay un movimiento hacia un mayor uso del sonido como herramienta de investigación, comunicación o arte.”
Las sonificaciones (audio producido a partir de datos científicos), ofrecen a los científicos nuevas formas de interpretar conjuntos de datos masivos y permiten a los astrónomos ciegos o con discapacidad visual participar más plenamente en los esfuerzos de investigación. “La sonificación de datos puede… proporcionar un método complementario para analizar observaciones y evitar sesgos”, sugirió un editorial del número de noviembre de 2022 de Nature Astronomy. “Nuestros oídos… pueden captar señales débiles frente a un fondo ruidoso y tienen la sensibilidad para percibir cambios y patrones basados en el tiempo”.
Un artículo de sondeo publicado en Nature Astronomy, registró casi 100 proyectos de sonificación finalizados o en curso, y otros más en fase de planificación. Se trata de un campo en crecimiento, afirma Arcand. “Definitivamente, hay un movimiento hacia un mayor uso del sonido como herramienta de investigación, comunicación o arte”.
Expandiendo la inclusividad
Chris Harrison, astrofísico de la Universidad de Newcastle (Reino Unido) quien dirige un proyecto conocido como Audio Universe, escribió y dirigió un programa de media hora, “Recorrido por el sistema Solar”, que combina elementos visuales con sonificaciones de datos sobre los planetas y las lunas.
“Algunos de los miembros ciegos del público mencionaron que podían involucrarse con la astronomía por primera vez, o aquellos quienes perdieron la visión más tarde en la vida [reconectaron] el contacto con esa alegría que sentían por el tema en su juventud,”, dijo Harrison.
Los astrónomos ciegos han sentido esa misma alegría después de que las herramientas de sonificación les ayudaran a retomar sus investigaciones, o a dedicarse a ellas por primera vez.
“Con la sonificación, recuperé la esperanza de ser un miembro productivo del campo del que me había costado tanto trabajo ser parte”, dijo la astrofísica Wanda Díaz Merced, del Observatorio Gravitacional Europeo de Cascina, Italia, durante una charla TED en 2016. Merced, quien perdió la visión tras una prolongada enfermedad una década antes, se convirtió en pionera en la sonificación de datos con fines de investigación, no solo de divulgación. “Hoy soy capaz de hacer física al nivel de los mejores astrónomos, utilizando el sonido”, afirmó.
También en 2016, Garry Foran, un científico Australiano que había perdido casi toda la visión, escuchó acerca del trabajo de Merced. Después de obtener un doctorado en química, Foran desarrolló instrumentos de precisión para un proyecto en el que utilizó radiación del sincrotó para investigar la estructura de la materia.
“Si la sonificación quiere ser sostenible y autosuficiente, necesita ser más que solo una herramienta para la accesibilidad. Necesita hacerse de un lugar en el ámbito principal de la ciencia.”
Carecía de los recursos necesarios para continuar en química, pero las oportunidades que ofrecía la sonificación contribuyeron a su decisión de cursar un doctorado en astrofísica en la Universidad Tecnológica de Swinburne. “Siempre tuve un interés en la astronomía y la astrofísica”, dijo Foran. “Seguía de cerca los avances en el campo a través de podcasts y entrevistas en la radio”.
Foran contactó a Merced y colaboraron en proyectos de sonificación durante varios años. Foran también trabajó con colegas en Australia para desarrollar StarSound, una herramienta gratuita y descargable para sonificar datos.
Foran utiliza StarSound para analizar espectros de galaxias de alto corrimiento al rojo, que se encuentran a miles de millones de años luz de la Tierra. Utilizando una interfaz basada en texto o una mezcla de audio, puede producir una visión general del espectro o examinar en detalle cualquier dato individual.
“Puedo escuchar las cosas a diferentes rangos o escalas, caracterizar los espectros, encontrar características de interés, moverme hacia ellas, encontrar picos, encontrar valles”, explica Foran, quien terminó su doctorado en 2022. “Luego puedo usar esos resultados en otro paquete de software para mi investigación o mi escritura”.
Foran y sus colegas están trabajando en una herramienta más potente para sonificar imágenes a detalle y otros conjuntos de datos sofisticados. Pero mencionó que las herramientas de sonificación necesitan una mayor aceptación para tener éxito. “Si la sonificación quiere ser sostenible y autosuficiente, necesita ser más que solo una herramienta para la accesibilidad”, dijo. “ Necesita hacerse de un lugar en el ámbito principal de la ciencia. Necesita ser enseñada desde el principio y utilizada como una herramienta común”.
Escuchando en secreto en Marte
Si asistieras a un concierto sinfónico en Marte (suponiendo que la delgada atmósfera, rica en dióxido de carbono, no fuera un problema para ti o los músicos), notarías algo extraño: las notas agudas de los flautines y las graves de los violonchelos llegarían a tus oídos en tiempos diferentes.
“La velocidad del sonido en Marte es diferente según las frecuencias. Esto es inaudito en la Tierra, literalmente” explica Roger Craig Wiend, científico planetario en la Universidad de Purdue y principal investigador del conjunto de instrumentos SuperCam del explorador Perseverance, que incluye un diminuto micrófono. “Nos rascamos la cabeza y nos preguntamos cómo podría funcionar este fenómeno. Decidimos que en una atmósfera de dióxido de carbono, los modos de vibración son diferentes a los de la atmósfera de nitrógeno y oxígeno en la Tierra”.
El micrófono del Perseverance es una rareza: un instrumento que graba directamente sonidos en un ambiente extraterrestre. En 2005, el módulo de aterrizaje Huygens grabó los sonidos de su descenso a través de la fría y densa atmósfera de Titán, la luna gigante de Saturno, pero nada de la superficie. Dos misiones anteriores a Marte llevaban micrófonos, pero el Mars Polar Lander se estrelló y el micrófono no pudo encenderse por un fallo electrónico.
SuperCam dispara rayos láser contra rocas y tierra, y luego utiliza un espectrómetro para analizar la composición del material vaporizado. El micrófono graba los disparos, cuyos sonidos revelan la dureza del material original, lo que, a su vez, revela detalles sobre su formación.
Además, el micrófono ha registrado los chasquidos y clics del propio explorador, un torbellino de polvo que se cruzó con el Perseverance, el susurro de brisas suaves y el zumbido del helicóptero Ingenuity; un sonido que trajo otra sorpresa. “Escuchamos el helicóptero desde casi un campo de fútbol de distancia, pero no esperábamos escucharlo en absoluto”, dijo Wiens. “Esa fue una sorpresa fascinante: los sonidos de Marte se propagan mejor de lo que esperábamos”.
Los relámpagos resuenan desde los Gigantes Gaseosos
No hay sonidos del universo que puedan observarse tan directamente como los de Marte, pero algunos se acercan. Mediante una rama de la sonificación conocida como audificación, los científicos pueden realizar una conversión casi uno a uno de datos a sonidos.
Algunas conversiones son tan sencillas como escuchar el “tic, tic, tic, tic” de los granos de polvo golpeando una nave espacial, o grabar el resonar de un relámpago en la atmósfera de un planeta. Es posible que haya que acelerar un poco esas grabaciones para que los patrones sean más evidentes, o adaptarlas al alcance del oído humano, pero son representaciones realistas de los acontecimientos físicos reales.
Científicos de la Universidad de Iowa, por ejemplo, llevan escuchando las señales de los exploradores del sistema solar desde las misiones Voyager de los años ochenta. “Fred Scarf se presentó en una de las ruedas de prensa de las Voyager con observaciones del experimento de ondas de plasma convertidas en sonido”, explica William Kurth, un científico investigador de Iowa que ha participado en varias misiones. (Frederick Scarf fue investigador principal en la investigación de ondas de plasma de Voyager). “Los datos eran bastante esotéricos, y [Scarf] temía que los reporteros se aburrieran simplemente mirando estos ‘gráficos de líneas onduladas’. Pero la gente pudo sentirse identificada con estos sonidos. Y todo estaba en el rango de frecuencia de audio, así que ni siquiera tuvo que cambiar el tono”, dijo Kurth.
Entre otros muchos descubrimientos, los instrumentos Voyager revelaron la presencia de relámpagos en las turbulentas nubes de Júpiter. Los rayos producen una amplia gama de energía electromagnética, desde luz visible hasta ondas de radio. La energía se propaga libremente en el espacio, donde puede ser detectada por las naves espaciales. Voyager 1 registró señales conocidas como silbidos (ondas de radio de baja frecuencia características de los relámpagos en la Tierra), pero eran sutiles y podrían haber sido producidas por otros fenómenos.
“Queríamos estar muy seguros de que sabíamos de lo que estábamos hablando antes de afirmar que habíamos encontrado un rayo en Júpiter”, explicó Kurth. “Así que escuchamos el sonido. Basándonos en años de experiencia escuchando muchas de estas cosas, esos tonos nos convencieron de que realmente eran silbidos de relámpagos y no otra cosa. Fue un paso más en nuestra verificación”.
Años más tarde, la nave espacial Cassini, que orbitó Saturno durante 13 años, reveló relámpagos similares en la atmósfera del planeta anillado. “Si alguna vez has escuchado una emisora de radio AM mientras conduces por la noche, cerca de una tormenta eléctrica, oirás muchos crujidos y estallidos”, explica Kurth. “Esas son las emisiones de radio de los rayos. Y eso es lo que Cassini grabó desde Saturno”.
Cassini también registró impactos de polvo, que sonaban como una tormenta de granizo golpeando un automóvil desafortunado.
Las grabaciones de estas misiones han encontrado vida mucho más allá de los círculos científicos. En la película “The Arrival” (1996), el personaje Charlie Sheen descubre que unos extraterrestres están a punto de invadir la Tierra. “Él apila un montón de antenas parabólicas para hacer un radiotelescopio y escucha un sonido curioso” menciona Kurth. “Él le explica a un niño que es la Voyager 2. Y que usaron sonidos que grabó en Urano, lo cual fue algo muy lindo”.
Otro ejemplo de la ciencia sirviendo como inspiración artística es Sun Rings del compositor y músico Terry Riley. Esta interpretación del Cuarteto Kronos y un coro de 60 voces se basa en los “grandes éxitos” de Voyager y se estrenó en la Universidad de Iowa en 2002.
Sun Rings cobró un renovado interés durante la pandemia, como señaló un crítico, “la música de las esferas puede ser un concepto tan antiguo como la imaginación humana, y los silbidos se han conocido rudimentariamente desde hace algún tiempo, pero ha hecho falta un entusiasta chamán moderno del cuarteto de cuerdas para sacar a la luz su musicalidad”.
La promesa de la inspiración continúa hoy en día, ya que las sondas gemelas Voyager están registrando el campo magnético del espacio interestelar y su interacción con la burbuja magnética del Sol, la heliosfera.
Ruido blanco proveniente de una estrella amarilla
Los esfuerzos de audificación se extienden mucho más allá de los planetas de nuestro sistema solar, llegando directamente a la estrella situada en su centro.
Los movimientos “ebullición” del gas caliente en las capas exteriores del Sol generan ondas sonoras que se propagan hasta el núcleo de nuestra estrella. Las ondas viajan de forma diferente a distintas profundidades y latitudes, por lo que estudiarlas, un campo llamado heliosismología, puede revelar detalles sobre las condiciones en todo el Sol. Las ondulaciones causan pequeños cambios en el brillo del Sol, por lo que los astrónomos monitorean esas variaciones con satélites de observación solar.
“De hecho, hay millones de armónicos”, afirma Timothy Larson, astrofísico que ha producido clips de audio de observaciones heliosismológicas para la Universidad de Stanford y otras. “Al combinar miles y miles de ellos, podemos inferir la presión y la densidad dentro del Sol. También podemos medir la rotación del Sol, que es diferente en diferentes latitudes y profundidades porque no es un objeto sólido. Ésta es la única forma de explorar el interior del Sol.”
Convertir los millones de “notas” que reverberan a través del Sol en sonido requiere bastante trabajo, admitió Seth Shafer, colaborador de Larson y profesor asistente de tecnología musical en la Universidad de Nebraska Omaha. “Si vas a los datos crudos, [suenan] como ruido blanco. Pero construyendo algunos filtros, podemos reducir el número de armónicos y sintonizar realmente una profundidad concreta dentro del Sol, desde la superficie hasta el núcleo.”
Shafer se encuentra desarrollando una herramienta de software que permitirá “tanto a los científicos como a las personas creativas” sonificar cualquier conjunto de datos. “La esperanza es que de estos sonidos surjan nuevos descubrimientos”, afirma.
Un enfoque más creativo
Otra rama de la sonificación utiliza una estrategia más creativa. Produce audio a partir de imágenes u otros productos complejos, una técnica que a menudo requiere un enfoque musical de los datos. El objetivo principal es mantener la precisión científica mientras se crea una representación musical estética y significativa”, explica Domenico Vicinanza, científico y compositor en la Universidad de Anglia Ruskin en Reino Unido, quien ha producido sonificaciones utilizando datos de las misiones Voyager, la Organización Europea de Investigación Nuclear (CERN), satélites de estudio del clima y otras fuentes.
Esta rama de la sonificación cuenta con una amplia gama de profesionales, que incluye científicos, músicos, especialistas en accesibilidad, y programadores computacionales, una lista de autodenominados frikis de la computación, frikis de la música y otras muchas frikadas. Varios han dicho que realmente no pudieron decidir qué ser cuando crecieran, así que decidieron hacerlo todo.
Arcand, por ejemplo, tiene formación en informática y astrofísica, y estaba creando representaciones en 3D de objetos astronómicos cuando descubrió la sonificación. Shafer estudió tuba y composición musical en la universidad. Russo tiene un título en guitarra de jazz y otros en astrofísica, y tocó con una banda de hip-hop que firmó brevemente con un sello discográfico. (“No salió muy bien”, dijo él).
Russo entró en el campo de la sonificación en 2017, cuando daba charlas sobre exoplanetas a alumnos de primaria. Intentaba explicar las órbitas de los planetas de TRAPPIST-1. “Necesitaba una forma de hacerlo más impactante”, recordó, “y me di cuenta de que las resonancias orbitales [de los planetas] podían expresarse como ritmos y armonías musicales. Cuando lo enseñé en la primera clase, gritaban y aplaudían, así que supe que iba por buen camino”.
TRAPPIST-1, una estrella con siete planetas conocidos (algunos de los cuales podrían encontrarse dentro de la zona habitable de la estrella), no es el primer sistema cuyas órbitas de sus planetas se convierten en música, según Vicinanza. Explicó a los asistentes a la Conferencia y Festival SXSW EDU 2023 que, a principios de los años 1600s, Johannes Kepler creó una pieza musical en piano que representaba las órbitas de los planetas del sistema solar para ayudar a explicar su descubrimiento de que los planetas siguen trayectorias elípticas. “Utilizaba la música como un poderoso lenguaje narrativo”, dijo Vicinanza.
La divulgación es el objetivo principal de estos esfuerzos de zonificación, con un énfasis especial en servir a las personas ciegas y con discapacidad visual.
“Pasé más de una década de mi carrera buscando formas de visualizar el universo de alta energía”, explica Arcand. “Chandra revela estrellas en explosión, galaxias en colisión, nebulosas planetarias, blázares, cuásares… todo tipo de cosas interesantes. Se trata de un tipo de luz invisible para el ojo humano, por lo que yo mapeaba esos fotones a píxeles. Me encantaba, pero faltaba una gran cantidad considerable de población, personas que no podían procesar los datos de la forma en la que yo puedo”.
Arcand se asoció con Russo y sus colegas (“me adoptaron en la banda���), y han colaborado muchas veces desde entonces. Han producido más de 2 docenas de sonificaciones para Chandra, utilizando imágenes que combinan las observaciones de rayos X de Chandra con longitudes de onda visibles, infrarrojas y otras del Telescopio Espacial Hubble, James Webb y Spitzer. “Abrimos la bóveda de datos de Chandra”, dijo Arcand.
“Buscamos imágenes con alguna estructura dramática o quizá una textura interesante”, explica Russo. “No podemos comunicarlo todo, así que nos enfocamos en los aspectos más interesantes. Tenemos que elegir artísticamente sobre qué partes destacar… Tenemos que inyectar algo de musicalidad. Eso lo convierte más en una forma de arte que en una traducción científica”.
Casando glockenspiels y agujeros negros
Las sonificaciones representan distintas características visuales como diferentes notas tocadas con distintos instrumentos. Algunas sonificaciones se extienden por toda la imagen, mientras que otras irradian desde un punto central o escanean como un haz de radar.
Para sonorizar los cientos de años luz interiores de la Vía Láctea, por ejemplo, Arcand y Russo hacen que la música se desplace de izquierda a derecha, pasando por nubes de gas, cúmulos estelares y el agujero negro supermasivo central de la Vía Láctea, Sagitario A*. La música aumenta de intensidad a medida que escanea regiones más densas, y alcanza su clímax en el agujero negro.
“Esta es una región muy densa, el ‘centro’ de la Vía Láctea”, explica Arcand. “Es como estar en Times Square, con mucho ruido, multitudes y energía. Queríamos mostrar esa actividad frenética, especialmente a medida que uno se acerca a Sagitario A*. Adoptamos un enfoque más sinfónico, con un piano suave para representar los infrarrojos, un glockenspiel para representar los bips y boops de los rayos X, y violines para los arcos y las cuerdas. La ciencia dirige el sonido, pero se trata de conjugar los datos de forma que resulte agradable escucharlos”.
En el caso de los Pilares de la Creación, una región de formación estelar que se hizo famosa por una imagen del Hubble, los científicos hicieron que la música los escaneara de abajo arriba. “Tenemos altos pilares de gas y polvo donde se están formando estrellas bebés”, dijo Arcand. “Tenemos estrellas jóvenes que están haciendo berrinches. Es un tipo de sonido inquietante, más sintetizado. Escuchar los sonidos con esas piezas interactuando realmente ayuda a contar la historia de una manera más clara”.
Voces del más allá
Podemos esperar escuchar muchas más voces del más allá en los años venideros.
Se está trabajando en un “gran número” de proyectos de sonificación, menciona Rasso, especialmente con motivo del 25 aniversario del lanzamiento de Chandra en 2024. Varios profesionales de la sonificación están desarrollando programas informáticos que permitan a los científicos convertir sus propios conjuntos de datos en audio. Los ingenieros están desarrollando un micrófono para Dragonfly, un helicóptero que recorrerá la atmósfera de Titán en la próxima década. Los científicos de Iowa están audificando las observaciones de la actual misión Juno en Júpiter, y planean hacer lo mismo con los datos de Europa Clipper cuando la nave llegue al sistema joviano, tan pronto como en 2030.
“Yo diría que aún estamos en los primeros días [de la sonificación] y que el potencial aún está por despuntar”, afirma Harrison. “La sonificación ayudará a los astrónomos a obtener información inicial de forma más eficaz a partir de los cada vez más numerosos, complejos y grandes conjuntos de datos. También puede dar lugar a nuevos conocimientos, porque exploraremos los datos de formas completamente nuevas”.
“Las ventajas de la accesibilidad y la creación de recursos educativos más cautivadores e inmersivos son más evidentes”, prosigue Harrison. “Espero que, a medida que la sonificación se generalice como método de representación de datos, cada vez más personas puedan adentrarse en la ciencia, desde la educación hasta los científicos profesionales”.
—Damond Benningfield, Escritor de ciencia
This translation by Ana Karina Mariano-Reyes (@akrinamr) was made possible by a partnership with Planeteando y GeoLatinas. Esta traducción fue posible gracias a una asociación con Planeteando y GeoLatinas.