La Universidad de Alicante exporta astrofísica de impacto mundial. Dos equipos de investigación integran el proyecto financiado por Generalitat sobre Altas Energías y aprobado por el Gobierno para incorporar Big Data e Inteligencia Artificial al mayor telescopio mundial de la próxima década, Athena.

Los investigadores van a desarrollar técnicas, avaladas por sus trabajos anteriores, que permitan extraer información "a partir de espectros estelares de una manera casi autónoma". Es la participación tecnológica de la UA en el proyecto.

Los catedráticos José Miguel Torrejón e Ignacio Negueruela lideran sendos equipos científicos en la Escuela Politécnica Superior de la UA, que han logrado fondos por valor de aproximadamente 300.000 para cada uno durante tres años para afinar la límite la calidad de rayos equis para la óptima visión de telescopio Athena, el más importante de rango mundial, además de simular a nivel de software todas las posibles mediciones de antemano.

Big Data e Inteligencia Artificial desde la UA se ponen al servicio de la Ciencia para desentrañar el espacio y observar al detalle las galaxias activas, que son las mas altas energías.

Impacto

La astrofísica de rayos equis relacionada con el telescopio Athena del espacio es en la que participa el quipo de Torrejón. "Se pretende, con fondos de la Generalitat, desarrollar por un lado herramientas de análisis avanzado, porque los datos que ofrecerá el telescopio serán de una calidad nunca vista, y ese rango de rayos equis precisa de nuevas herramientas; y como segundo objetivo, contribuir al simulador científico".

El catedrático se refiere a un software que permita simular la respuesta del telescopio. "Es necesario para planificar observaciones, y resulta muy importante en esta fase nueva para evaluar el impacto de los cambios que se están introduciendo en el telescopio" , supondrán, añade, un gran impacto sobre la ciencia.

Torrejón añade que con el simulador se pueden evaluar los impactos previamente y que resulta imprescindible para no superar un peso determinado.

Superluna en Tenerife Daniel Lopez

Contribución

"Nuestra contribución a la misión Athena tiene dos objetivos principales, analizar los fenómenos astrofísicos asociados a los sistemas binarios de rayos de alta masa, y colaborar en el desarrollo del simulador cuya espectroscopia de alta resolución en rayos X será varios órdenes de magnitud superior a las actuales", ratifica José Joaquín Rodes, en el grupo de investigación de astronomía en rayos X que dirige el catedrático de Astrofísica, José Miguel Torrejón.

El telescopio Athena transporta de hecho dos instrumentos independientes, un espectrómetro denominado X-IFU y una cámara, que compartirán un único punto focal proporcionado por un mismo telescopio de rayos X. De los dos instrumentos que se integrarán en el telescopio, el X-ray Integral Field Unit es en en el que se ha concentrado la participación española de la que participa la UA por méritos propios.

Observatorio

El doctor Torrejón participa más concretamente en la definición del X-IFU de la misión de la Agencia Espacial Europea, cuyo lanzamiento está previsto para los primeros años de la próxima década y en la que participan diversos grupos de investigación españoles.

Se va constituir en el mayor observatorio en rayos X "con un área efectiva de 1,4 m² a una energía de 1 keV, una resolución espacial de 10 segundos de arco y una longitud focal de 12 metros, con dos instrumentos en el plano focal", detalla Rodes.

El investigador Joaquín Rodes JOSE NAVARRO

Para hacernos a una idea de la calidad y objetivos a alcanzar, abunda que en colaboración con otro grupo de investigación en Bamberg, liderado por el catedrático Jörn Wilms, el grupo del catedrático Torrejón ha desarrollado la primera versión del simulador y ha conseguido que el tiempo de computación de una observación completa del instrumento X-IFU, con más de 2000 píxeles y varios kilosegundos de exposición, "se reduzca de un par de meses a unas 80 horas", poco más de tres días tan solo.

El simulador xifusim del instrumento X-IFU, "sirve tanto para analizar la viabilidad de las observaciones científicas, como para las actividades del segmento de tierra para preparar las observaciones", como puede ser la estimación de los tiempos de exposición.

Los investigadores concretan que minimizar el tiempo de computación en todos estos análisis es esencial para que la operación no se prolongue en el tiempo y resulte práctica.

"Se consigue trabajando con unidades de procesamiento gráfico de aplicación general y con técnicas de paralelización de código", que son las que permitirán acelerar la ejecución de los programas informáticos necesarios para el tratamiento de los datos científicos.

Evidentemente todos los desarrollos tecnológicos tarde o temprano tienen otras aplicaciones futuras

José Miguel Torrejón - Catedrático de Astrofísica, Universidad de Alicante

Big Data

Esta herramienta se suma a la explotación científica de los futuros datos de la misión Athena, fundamentales para asegurar los objetivos globales de la misión.

De forma que los objetivos que se enmarcan en el proyecto incluyen "la comprensión del flujo de acreción, del viento estelar de la estrella óptica infrarroja, la interacción de la materia con el campo magnético de la estrella de neutrones, la energía liberada por el proceso de acreción de masa y, finalmente, los efectos de la energía radiada hacia el viento estelar". Y todo este bagaje les ha hecho acreedores del "retorno científico de las observaciones que efectuará X-IFU a bordo de Athena", explican.

Son objetivos de ciencia básica, explica el catedrático, como los agujeros negros, las estrellas de neutrones o las galaxias activas que emiten una gran cantidad de rayos equis, y la única forma en que se pueden observar es afinando las herramientas. "El objetivo inicial es puramente científico, pero evidentemente todos los desarrollos tecnológicos tarde o temprano tienen otras aplicaciones futuras", concluye Torrejón.

Observación del transito de Mercurio en la UA Pilar Cortes

Física

Además de su equipo en el Instituto Universitario de Física Aplicada a las ciencias y las tecnologías, la Universidad participa en Athena desde el departamento de Física, Ingeniería de Sistemas y Teoría de la Señal, que dirige el catedrático Sergi Gallego.

En este caso el grupo investigador Astrofísica Estelar lo lideran Ignacio Negueruela y Amparo Marco con el proyecto Astro+, que integra astrofísicos y expertos en Informática para poner en práctica el aprendizaje automático y Big Data en el diseño, la construcción y la explotación de la mayor base de datos de estrellas de gran masa.

Vamos a desarrollar técnicas que permitan extraer información a partir de espectros estelares de forma casi autónoma

Ignacio Negueruela - Catedrático de Astrofísica Estelar, Universidad de Alicante

"En los últimos años hemos reunido una enorme muestra de espectros de alta calidad de estrellas de gran masa, cuya explotación científica apenas ha comenzado", indica Negueruela.

"Gracias a las herramientas que desarrollemos y a la experiencia acumulada, estaremos en una posición extremadamente ventajosa para sacar partida de las enormes cantidades de espectros estelares que los proyectos europeos de gran tamaño van a proporcionar durante los próximos años", y en todos ellos está el grupo involucrado.

Los investigadores extraen información de la estrellas masivas Europapress

Su participación en instrumentación avanzada para grandes telescopios de los principales observatorios astronómicos, y de última generación en el Observatorio canario del Roque de Los Muchachos les ha valido asimismo el visto bueno del Ministerio de Ciencia en la misión Athena.

Hasta ahora, explica Negueruela, la Inteligencia Artificial se ha usado en Astrofísica para identificar objetos en imágenes de manera similar a un reconocimiento facial, "y lo que vamos a desarrollar son técnicas que permitan extraer información a partir de espectros estelares de forma casi autónoma".

Estudiando las propiedades y evolución de la estrellas de gran masa, las que son mucho más masivas que el Sol, se puede comprender "toda la riqueza química que observamos en la Tierra. En su interior se han producido muchos de los elementos químicos que terminan formando parte de los planetas rocosos y de los seres vivos que los habitan", concluye el catedrático.