La USAL participa en la misión espacial Euclid

Salamancahoy

Miércoles, 19 de marzo 2025, 17:42

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La Universidad de Salamanca participa en la misión espacial del telescopio Euclid, de la Agencia Espacial Europea (ESA),lanzado en 2023, que acaba de publicar el primer lote de datos de su cartografiado, incluyendo un avance de sus campos profundos. Aquí, cientos de miles de galaxias de diferentes formas y tamaños cobran protagonismo y ofrecen un vistazo de su organización a gran escala en la red cósmica.

Estas galaxias, observadas y analizadas por científicos del Consorcio Euclid, demuestran la potencia sin precedentes de este telescopio, diseñado para proporcionar el mapa más preciso de nuestro Universo a lo largo del tiempo. Los resultados científicos se describen en una serie de 27 publicaciones científicas, junto con 7 artículos técnicos que describen el procesamiento de estos datos, publicados en arXiv.

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La publicación de datos, que abarca una enorme área del cielo en tres mosaicos, también incluye numerosos cúmulos de galaxias, núcleos activos de galaxias (AGN) y fenómenos transitorios, así como el primer estudio de clasificación de más de 380.000 galaxias y 500 candidatos a lentes gravitacionales, recopilados mediante la combinación de inteligencia artificial y ciencia ciudadana. Todo esto sienta las bases para la amplia gama de temas que Euclid abordará con su rico conjunto de datos.

«Euclid demuestra una vez más ser la máquina de descubrimiento definitiva. Está estudiando galaxias a gran escala, lo que nos permite explorar nuestra historia cósmica y las fuerzas invisibles que configuran nuestro Universo», afirma Carole Mundell, directora de Ciencia de la ESA. «Con la publicación de los primeros datos del cartografiado de Euclid, estamos desvelando un tesoro de información que los científicos podrán analizar y abordar algunas de las preguntas más intrigantes de la ciencia moderna. Con esto, la ESA cumple con su compromiso de impulsar el progreso científico para las generaciones futuras».

«Los datos que ahora publicamos representan una pequeña fracción del total de datos que Euclid recopilará», comenta Francisco Javier Castander, investigador del Instituto de Ciencias del Espacio (ICE-CSIC) y del Instituto de Estudios Espaciales de Cataluña (IEEC). «Sin embargo, incluso una fracción tan pequeña de los datos nos ha permitido realizar muchos estudios científicamente relevantes que ahora presentamos».

En este contexto, Fernando Atrio-Barandela, catedrático de Física Teórica e investigador del Grupo de Gravitación y Cosmología Relativista de la USAL, y Diego Martín, doctorando del Departamento de Física Fundamental, son los científicos de la Universidad de Salamanca que forman parte del Consorcio Euclid. La USAL forma parte del consorcio desde 2013 en el equipo LIBRAE (Looking at the Infrared Background Radiation Anisotropies with Euclid) de NASA.

Entre otras cuestiones, los físicos del Estudio salmantino trabajaron inicialmente en el diseño de las herramientas necesarias para la explotación científica de los datos que aportará el satélite Euclid en sus seis años de funcionamiento. Su actividad se encuadra en el grupo de trabajo Primeval Universe (Universo primitivo) y está orientada al estudio de la radiación proveniente de los primeros objetos que se formaron para dilucidar los mecanismos que condujeron a la formación de galaxias, así como a la medición de la velocidad del sistema solar con respecto a la distribución media de materia en el Universo, como uno de los 'Key Projects' de Euclid.

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Por otra parte, cabe destacar que Diego Martín ha trabajado en la búsqueda de planetas gaseosos recién formados en el cúmulo abierto de σ-Orionis, en colaboración con el profesor Eduardo Martín, del Instituto de Astrofísica de Canarias, trabajo que fue uno de los estudios que se realizaron con los primeros datos obtenidos por el satélite Euclid.

Los resultados que se presentan ahora se basan en las observaciones realizadas en tres regiones del cielo distintas, que cubren un total de 50 grados cuadrados, aproximadamente 100 lunas llenas. Concretamente, la labor de investigación de los científicos de la USAL se centra en «el análisis de las fluctuaciones de las fuentes no resueltas en el infrarrojo cercano a fin de caracterizar las propiedades físicas de las primeras estrellas y primeros agujeros negros, clarificar los mecanismos físicos que tuvieron lugar en la época de la reionización, cuando se formaron las primeras estrellas y galaxias, y medir la velocidad del grupo local de galaxias con respecto a la distribución promedio de materia», informan.

Los datos revelados ofrecen un primer vistazo al estudio cosmológico de Euclid. Los llamados campos Q1 ilustran lo que los científicos de la Colaboración Euclid analizarán exhaustivamente para cartografiar la estructura a gran escala del Universo a lo largo del tiempo cósmico e investigar la naturaleza de la materia y la energía oscura en los próximos años. Con una superficie en el cielo de aproximadamente 63 grados cuadrados, equivalente a más de 300 veces la superficie de la Luna llena, estas observaciones representan las mayores áreas contiguas de cielo jamás observadas con un telescopio espacial óptico/de infrarrojo cercano.

«Euclid está teniendo un rendimiento excepcional. La cobertura del cielo lograda hasta el momento no tiene precedentes, y las imágenes siguen demostrando el excelente rendimiento de los instrumentos del satélite. Estoy muy entusiasmado por publicar los resultados cosmológicos en los próximos años», comenta Cristóbal Padilla, investigador del Instituto de Física de Altas Energías (IFAE).

«Las imágenes captadas por el telescopio Euclid que hoy se ponen a disposición de la comunidad científica internacional, una vez procesadas, son de una profundidad y un detalle impresionante y permiten a los astrónomos familiarizarse con los datos que va a generar la misión y programar su explotación científica más allá de los objetivos cosmológicos que se ha marcado el consorcio», explica el investigador de la Universidad Politécnica de Cartagena (UPCT) Rafael Toledo.

Gracias al amplio campo de visión y la alta resolución de Euclid, estos exquisitos datos también son muy valiosos para diversos estudios astrofísicos a escalas menores, desde cúmulos de galaxias hasta objetos de tamaño planetario. Todos los artículos publicados hoy están dedicados a esta ciencia no cosmológica, también llamada ciencia de legado.

Se espera que Euclid capture imágenes de más de 1.500 millones de galaxias a lo largo de seis años, enviando alrededor de 100 GB de datos diariamente. Un conjunto de datos tan impresionantemente grande genera increíbles oportunidades de descubrimiento, pero también enormes desafíos a la hora de buscar, analizar y catalogar galaxias. El avance de los algoritmos de inteligencia artificial (IA), en combinación con miles de voluntarios y expertos en ciencia ciudadana, está desempeñando un papel fundamental.

En agosto de 2024, miembros del Consorcio Euclid lanzaron una primera campaña de ciencia ciudadana en la plataforma Zooniverse, reclutando a miles de voluntarios para entrenar un algoritmo de aprendizaje profundo que clasifica las morfologías de las galaxias. El catálogo resultante, basado en el primer 0,45 % de los aproximadamente 100 millones de galaxias de bajo corrimiento al rojo que Euclid finalmente capturará con detalle, ya ha demostrado ser valioso para los investigadores. Además, gracias a este gran volumen de datos de alta calidad, los científicos pudieron observar diferencias con respecto a las formas y características de las galaxias simuladas. También investigaron cómo diferentes entornos, tasas de formación de estrellas y morfologías están vinculados y conducen a la evolución de las galaxias en diversas épocas de nuestro Universo.

En ese sentido, el estudio liderado por Marc Huertas-Company, investigador del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), empleó la combinación única de amplio campo de visión y resolución de Euclid, junto con los modelos entrenados gracias a voluntarios de todo el mundo que participaron en la campaña de ciencia ciudadana, para cuantificar la abundancia de barras y su evolución con el tiempo cósmico.

«La publicación de los datos Q1 demuestra el poder transformador del telescopio Euclid para el estudio de la física galáctica. También confirma el creciente impacto de la IA en el análisis de datos cada vez más voluminosos y complejos en astrofísica. Aproximadamente, el 50 % de los artículos científicos publicados con estos primeros datos de Euclid se basan en métodos de IA», añade Marc Huertas-Company. «El IAC ha liderado el desarrollo de redes neuronales profundas para el estudio de la morfología de galaxias gracias a una campaña de ciencia ciudadana. En tan solo unos meses de observaciones, Euclid y la IA han identificado 10 veces más galaxias barradas que en más de veinte años de observaciones con el Telescopio Espacial Hubble y el Telescopio Espacial James Webb».

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Mediante otra campaña de ciencia ciudadana con la ayuda de más de 1.000 participantes y algoritmos de aprendizaje automático recientemente entrenados, se identificaron más de 500 candidatos a lentes gravitacionales fuertes a escala galáctica en los campos Q1. «La resolución de los datos de Euclid nos permitió observar estos sistemas de lentes con un detalle increíble, y estos datos son solo una pequeña fracción de las lentes que esperamos encontrar en los próximos años a medida que continúa el estudio», afirma Philip Holloway, estudiante de doctorado de la Universidad de Oxford. Estos fenómenos inusuales, predichos por la relatividad general de Einstein, son herramientas invaluables para comprender la distribución de la materia oscura alrededor de las galaxias, estudiar la dinámica interna de los cúmulos de galaxias e incluso descubrir galaxias previamente ocultas. Hasta ahora, solo se habían observado unas 150 de estas lentes con telescopios espaciales.

Otro estudio publicado, liderado por la investigadora del IAC Malgorzata Siudek, presenta AstroPT, un potente modelo de IA que aprende de imágenes y patrones de luz (SED) de galaxias, sin necesidad de grandes cantidades de datos etiquetados por humanos. Gracias a las imágenes ultranítidas de Euclid y a las observaciones infrarrojas profundas del cielo, el modelo de IA puede aprender de datos de mayor calidad y diversidad que nunca.

«Exploramos el uso de modelos de IA fundacionales, similares a los utilizados en Chat GPT, para la exploración de datos. Estos modelos inteligentes son capaces de realizar multitud de tareas para las que no fueron entrenados específicamente y abren una nueva vía para el uso de la IA en la ciencia, afirma Malgorzata Siudek. Las observaciones de Euclid, debido a su volumen y complejidad, son ideales para el desarrollo de esta nueva generación de IA».

La misión espacial Euclid también ha marcado el comienzo de una nueva era en el estudio de los AGN, que representan la fase brillante de los agujeros negros supermasivos en el centro de casi todas las galaxias. «Estos datos nos ayudan a comprender mejor cómo los agujeros negros y sus galaxias anfitrionas crecen juntos a lo largo de la historia cósmica», afirma Berta Margalef-Bentabol, investigadora postdoctoral del Netherlands Institute for Space Research. Mediante algoritmos avanzados de IA, los investigadores han creado vastos catálogos de AGN y cuásares rojos (AGN extremadamente luminosos), que incluyen miles de nuevos candidatos con mediciones de posición sin precedentes en una amplia área del cielo, y ahora pueden confirmar estadísticamente cómo las fusiones de galaxias impulsan la actividad de los AGN.