transformando el análisis de datos espectroscópicos

Publicado por

Rubén García Benito

Licenciado en Física Teórica por la Universidad Autónoma de Madrid. Licenciado en Estudios de Asia Oriental (China) por la Universidad Autónoma de Madrid. Doctor en Astrofísica y Cosmología por la Universidad Autónoma de Madrid (principal)

Creado:
11.03.2025 | 16:47

Actualizado:
11.03.2025 | 16:47

La astronomía ha utilizado tradicionalmente la visualización de datos para estudiar el cosmos, pero una nueva herramienta está revolucionando este enfoque: la sonificación, una técnica que transforma datos en sonidos para mejorar su interpretación y accesibilidad. La sonificación es una disciplina joven que comenzó a consolidarse académicamente a principios de los años noventa. Anteriormente, se había explorado en casos aislados, como en la fisiología y la sismología, pero fue en esa década cuando una comunidad académica centró esfuerzos en convertirla en una disciplina formal. Sin embargo, su permeabilidad en la investigación de otras ramas científicas como herramienta de análisis ha sido limitada, especialmente en el campo de la astrofísica.

En la vida cotidiana, la sonificación está presente en aplicaciones como los sistemas de asistencia al aparcamiento de los automóviles, que indican la proximidad a un obstáculo mediante sonidos. En los últimos años, ha ganado relevancia en proyectos de divulgación, presentando resultados científicos de una manera alternativa y atractiva. No obstante, su uso como herramienta de investigación ha sido hasta ahora limitado.

Una ventaja del oído en el análisis de datos es su capacidad para detectar patrones y variaciones pequeñas en grandes volúmenes de información de manera más eficiente que los métodos visuales tradicionales. Además, ofrece un medio de acceso alternativo para personas con discapacidad visual, permitiendo que un mayor número de profesionales participe en el análisis de datos astronómicos. En este contexto, el software ViewCube ha sido desarrollado para integrar visualización y sonido en el análisis de espectroscopía de campo integral, permitiendo la exploración de cubos de datos astronómicos.

Mandala de CALIFA, una visualización de datos que representa las propiedades físicas de una muestra de galaxias a partir de cubos de datos de CALIFA. Combina imágenes, densidad de masa estelar, edad, líneas de emisión y cinemática del gas. Créditos de la imagen: Rubén García Benito, Fabián Rosales-Ortega, Enrique Pérez, Jakob C. Walcher y Sebastián F. Sánchez.

¿Qué es la espectroscopía de campo integral y por qué importa?

La espectroscopía de campo integral permite analizar simultáneamente la luz proveniente de diferentes partes de un objeto astronómico, proporcionando información detallada sobre su composición y dinámica. Popularmente conocida como espectroscopía 3D, esta técnica genera resultados en forma de cubos de datos. En estos cubos, dos dimensiones corresponden a la proyección espacial del objeto en un plano, mientras que la tercera representa la distribución de energía en distintas longitudes de onda o frecuencias, es decir, un espectro. De este modo, los cubos de datos proporcionan un espectro en cada punto del plano.

Esta técnica es esencial para el estudio de galaxias, ya que ofrece datos con una estructura tridimensional que permite realizar reconstrucciones detalladas de su composición química y evolución. Sin embargo, la gran cantidad de información contenida en estos cubos de datos dificulta su interpretación. La sonificación aporta una nueva dimensión de análisis, haciendo los datos más accesibles y facilitando su exploración en múltiples dimensiones, lo que permite una interacción más intuitiva con la información. Al traducir estos datos en sonidos, no solo mejora la accesibilidad e inclusividad, sino que también permite combinar de manera simultánea información visual y auditiva. Además, esta técnica contribuye a la identificación de patrones que podrían pasar desapercibidos con métodos tradicionales, ampliando así las posibilidades de análisis.

ViewCube: una herramienta multimodal

El programa ViewCube combina la visualización interactiva con la sonificación para mejorar la interpretación de los datos astronómicos. Su arquitectura permite analizar cubos de datos espectroscópicos con un enfoque innovador, integrando una representación visual con una auditiva.

Un aspecto clave de ViewCube es su módulo de sonificación SoniCube, diseñado para traducir las características espectrales en sonidos comprensibles. Mediante técnicas de aprendizaje profundo, este módulo genera representaciones auditivas de los datos, permitiendo a los usuarios reconocer diferencias en la composición y edad estelar de las galaxias.

Visualización 3D de un cubo de datos espectroscópicos en el rango óptico de la galaxia espiral NGC 7549. Imagen: Rubén García Benito – Instituto de Astrofísica de Andalucía.

Uno de los avances de SoniCube es la incorporación de una representación binaural del sonido. La binauralidad permite simular la espacialización tridimensional del sonido, proporcionando una experiencia inmersiva en la exploración de datos astronómicos. Gracias a esta técnica, los usuarios pueden percibir la ubicación espacial de diferentes regiones dentro de un cubo de datos, lo que facilita la comprensión de estructuras complejas en galaxias y otros objetos celestes.

Este enfoque también permite a personas con discapacidad visual discernir la forma y estructura de una galaxia mediante la espacialización del sonido, convirtiéndolo en una herramienta inclusiva y exploratoria para la ciencia. Además, la binauralidad es particularmente útil en la educación y la divulgación científica, brindando a estudiantes y entusiastas de la astronomía una forma innovadora de experimentar los datos.

Probando ViewCube: Cómo la sonificación ayuda a explorar datos astronómicos

La herramienta se ha probado con datos del sondeo CALIFA, un proyecto que puso a disposición de la comunidad astronómica más de 600 galaxias, utilizando el telescopio de 3.5 metros del Observatorio de Calar Alto. Evaluar la eficacia de ViewCube a la hora de extraer información es fundamental para su desarrollo y aplicabilidad. En cualquier investigación sobre sonificación y en el desarrollo de aplicaciones, la evaluación rigurosa de la herramienta es un aspecto esencial. Sin un estudio detallado del rendimiento de la sonificación, no se puede considerar una investigación completa en este campo.

La sonificación es un área de creciente interés dentro de la comunidad científica, que busca mejorar la interpretación de datos a través del sonido. Para evaluar la eficacia de la herramienta en aspectos como la espacialización del sonido y la extracción de información (por ejemplo, la edad relativa de una región de la galaxia), se diseñó un estudio con una muestra de usuarios. Antes de la prueba, los participantes, tanto astrónomos como personas sin experiencia previa, recibieron un breve entrenamiento sobre la herramienta.

Los resultados fueron prometedores: el 81 % de los participantes valoró positivamente la interactividad de la aplicación, el 79 % la consideró una herramienta útil y más del 58 % calificó la calidad del sonido como buena. Curiosamente, los no especialistas obtuvieron resultados comparables a los de los astrónomos en varias tareas, lo que sugiere que el entrenamiento en la interpretación de sonidos puede ser más determinante que el conocimiento previo de los datos.

Espectro de la región más brillante de la galaxia irregular NGC 3991, extraído del cubo de datos en el rango óptico obtenido con el espectrógrafo de campo integral del telescopio de 3.5 m de Calar Alto. Imagen: Rubén García Benito – Instituto de Astrofísica de Andalucía.

Conclusión del estudio

La combinación de imagen y sonido en la investigación astronómica para la espectroscopía de campo integral abre nuevas posibilidades para la exploración del cosmos. ViewCube demuestra que la sonificación puede ser una herramienta valiosa tanto para expertos como para aficionados, mejorando la comprensión de los datos y haciendo que la ciencia sea más inclusiva y accesible. A medida que la astronomía se enfrenta a conjuntos de datos cada vez más complejos, herramientas como ViewCube podrían desempeñar un papel clave en la interpretación del cosmos y la exploración de nuevas dimensiones del conocimiento científico.

Referencias

Adrián García Riber, Rubén García Benito & Francisco Serradilla. Interactive multimodal integral field spectroscopy. RAS Techniques and Instruments, Volume 3, Issue 1, January 2024, Pages 748–758, 2024.

Sebastián F. Sánchez, Rubén García Benito, Stefano Zibetti y otros. CALIFA, the Calar Alto Legacy Integral Field Area survey. IV. Third public data release. Astronomy & Astrophysics, vol. 594, Art. no. A36, 2016.

Rubén García Benito

Instituto Astrofísico de Andalucía

Fuente:

Autor: efernandez