El Lobo Rayado

Ciencia Ciudadana con Radio Galaxy Zoo

Artículo publicado hoy en Naukas_com.

Las iniciativas de “ciencia ciudadana” se han disparado en los últimos años. El proyecto pionero fue Galaxy Zoo, quien en 2007 propuso al público que ayudara a los científicos a clasificar millones de galaxias obtenidas dentro del sondeo Sloan Digital Sky Survey (SDSS). Además del impacto científico que supuso Galaxy Zoo a la hora de estudiar estadísticamente las propiedades generales de las galaxias, esta iniciativa también sirvió para identificar nuevos objetos astronómicos, como un tipo peculiar de galaxias que los voluntarios bautizaron como Guisantes Verdes. En realidad, las galaxias “guisantes verdes” no son otra cosa que objetos con gran formación estelar, pero que debido a su relativa lejanía aparecían muy compactos y de color verdoso (en lugar del típico color azul de las galaxias jóvenes).

Galaxy Zoo fue un éxito sin precedentes y ha dado origen a toda un plétora de proyectos de ciencia ciudadana, no sólo de Astrofísica sino también de otros campos, en lo que se conoce como Zooniverse. Esta plataforma, que posee en la actualidad 1.4 millones de usuarios, contiene unos 30 proyectos científicos que permiten desde explorar los cráteres de la Luna a ayudar a los científicos a entender mejor el calentamiento global de la Tierra o a catalogar especies del fondo marino.

Preciosa imagen de la radiogalaxia Hércules A combinando datos ópticos obtenidos con el Telescopio Espacial Hubble con la imagen en continuo de radio proporcionada por el interferómetro Karl G. Jansky Very Large Array (JVLA, Nuevo México, EE.UU.), que aparece codificada en rosa. Hércules A está a 2 mil millones de años luz de nosotros y alberga un agujero negro súper-masivo de 2500 millones de veces la masa del Sol. Este monstruo es el responsable de los dos chorros casi simétricos de material que observamos en frecuencias de radio. Cada una de estas estructuras alcanza una distancia de unos 1.5 millones de años luz. Crédito: NASA, ESA, S. Baum and C. O'Dea (RIT), R. Perley and W. Cotton (NRAO/AUI/NSF), and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA).

Dentro de los proyectos de Astrofísica de Zooniverse destaca Radio Galaxy Zoo (RGZ) que busca identificar la luz emitida en frecuencias de radio con sus galaxias huésped. La emisión en radio proviene de los agujeros negros súper-masivos (entre millones y miles de millones de veces la masa del Sol) que existen dentro de las galaxias: la acreción del material circundante produce espectaculares chorros de materia que sólo se pueden observar con radiotelescopios. Normalmente la emisión en radio se encuentra muy localizada cerca de las galaxias pero en muchas ocasiones produce chorros simétricos que surgen del centro del sistema. Estas estructuras están constituidas de plasma de muy alta energía y partículas subatómicas que salen disparadas desde cerca del agujero negro a velocidades muy cercanas a la de la luz. A veces los chorros forman unos amplios lóbulos de material en sus extremos. Un bonito ejemplo de este tipo de radiogalaxia es Hércules A. Sin embargo, en otros casos la emisión en radio sólo se detecta desconectada de la galaxia huésped, a veces a varios millones de años luz de distancia de ella.

La mayoría de las galaxias poseen emisión en radio muy compacta, pero los objetos que muestran morfologías extendidas en radio (las radiogalaxias, alrededor del 10% de todas las galaxias con emisión en radio) se clasifican de acuerdo a cómo son esos chorros de material. Esta clasificación la introdujeron los astrofísicos Fanaroff y Riley en 1974, las dos grandes categorías son FR-I (chorros muy brillantes y lóbulos débiles y pequeños) y FR-II (chorros débiles y lóbulos brillantes y extensos). Pero también existen clases “raras” de radiogalaxias, como los NAT (Narrow Angle Tail, “Cola de ángulo pequeño”), WAT (Wide Angle Tail, “Cola de ángulo grande”), HT (Head-Tails, “Cabeza-colas”) y HyMoRS (Hybrid Morphology Radio Sources o híbridos). La siguiente figura muestra más ejemplos de radiogalaxias.

Figura 2. Ejemplos de radiogalaxias de distinta morfología. En el panel A se muestra la radiofuente 3C31, que representa a las radiogalaxias FR-I: muestra dos chorros muy brillantes y lóbulos difusos. El panel B enseña una imagen de la radiogalaxia 3C353, ejemplo del tipo FR-II, con brillantes lóbulos y chorros difusos. El panel c muestra la radiogalaxia 3C 288, que posee una estructura más compleja: morfología asimétrica en sus lóbulos, estando uno difuminado. Finalmente la curiosa radiogalaxia 3C 75 se muestra en el panel d como ejemplo de radiofuente de doble WAT (Wide Angle Tail). Crédito: NRAO/AUI.

Todos estos tipos de morfologías de radiogalaxias están íntimamente conectadas a la evolución del agujero negro central de las galaxias, y por tanto a la propia evolución de las galaxias. El problema es que el método actual que tienen los astrofísicos a la hora de determinar la morfología de las radiogalaxias es únicamente mediante inspección visual de las imágenes. Sólo así, además, se puede asociar la emisión en radio con su correspondiente galaxia y agujero negro. La emisión en radiocontinuo no proporciona información de la distancia al objeto: esto sólo se puede hacer si se tienen datos espectroscópicos en óptico. Igualmente, para saber de qué tipo es cada galaxia, se necesitan imágenes en óptico e infrarrojo. Dado la ingente cantidad de datos que los telescopios y radiotelescopios profesionales están obteniendo en la actualidad (y que además se prevé que aumente exponencialmente en la próxima década gracias a los grandes sondeos programados en nuevos observatorios), sería labor de locos, incluso para un grupo de 100 astrofísicos, el catalogar y clasificar millones de radiogalaxias.

Y es aquí donde Radio Galaxy Zoo entra en juego. Radio Galaxy Zoo usa datos en radio (frecuencia de 1.4 GHz o longitud de onda de 20 cm) conseguidos con los radio-interferómetros Karl G. Jansky Very Large Array (JVLA, Nuevo México, EE.UU.) y Australia Telescope Compact Array (ATCA, Nueva Gales del Sur, Australia) junto con datos en infrarrojo obtenidos con el satélite WISE (Wide-Field Infrared Survey Explorer, NASA). Como hemos dicho arriba, el objetivo principal es identificar la emisión en radio de las galaxias con su imagen en infrarrojo (la componente estelar de las galaxias) y clasificar su morfología en una o varias componentes. En particular, RGZ aspira a identificar aquellas radiogalaxias con morfologías más complicadas (por ejemplo, galaxias que presentan radio lóbulos muy separados de la componente estelar o donde los chorros son muy asimétricos). Estas estructuras no se pueden encontrar fácilmente con algoritmos automáticos de identificación.

Imágenes de los radio-interferómetros Very Large Array (VLA, Nuevo México, EE.UU., izquierda) y Australia Telescope Compact Array (ATCA, Nueva Gales del Sur, Australia, derecha), con los que se han obtenido los datos en radio del programa RGZ. Crédito: Ángel R. López-Sánchez (AAO/MQ).

Radio Galazy Zoo se lanzó el 17 de diciembre de 2013 y está disponible en 8 idiomas (inglés, ruso, chino, polaco, francés, alemán, húngaro y también en español, idioma que el autor de este artículo colaboró para conseguir en RGZ). Como ya se ha mencionado, el usuario debe asociar la emisión en radio con su correspondiente galaxia huésped tal y como se observa en infrarrojo. Para ello se dispone de una barra de ajuste que permite hacer una transición entre la imagen en radio (que usa colores azules) y la imagen infrarroja (que usa tonalidades rojizas). Además, también se pueden incluir los contornos de la emisión en radio, lo que ayuda enormemente en la tarea. Por ejemplo, en el panel (a) de la imagen siguiente la barra de ajuste está a mitad, mostrando a la vez la emisión azul en radio, con los contornos superpuestos, y el mapa infrarrojo en rojo. Cuando se hace la transición completa a imagen infrarroja (panel b) aparecen claramente los contornos de la emisión radio superpuestos.

Interfaz de Radio Galaxy Zoo. Cada panel muestra los pasos que se deben realizar a la hora de identificar radiofuentes con la galaxia huésped en infrarrojo. Cada panel muestra una imagen con un tamaño de 3 minutos de arco (1/10 parte del diámetro aparente de la luna llena en el cielo) por 3 minutos de arco centrada en la radiofuente que aleatoriamente ha tocado estudiar. En el panel superior (a) se selecciona las componentes que pertenecen a la misma radiofuente. En este ejemplo, las dos radiofuentes centrales parecen corresponder a la misma radiogalaxia. En el panel medio (b), donde aparecen los contornos en radio superpuestos sobre la imagen en infrarrojo, se asocia la componente estelar de la galaxia a la emisión en radio seleccionada. Finalmente, en el panel inferior (c) se elige entre clasificar otra de las radiofuentes que puedan aparece en el campo de visión (en este ejemplo se ha clasificado otro objeto localizado abajo a la izquierda de la radiofuente principal) o pasar a un nuevo objeto. Crédito de la imagen: Julie Banfield (CSIRO/ANU/RSAA) y equipo RGZ.

La interfaz también incluye la opciones de ver ejemplos de asociaciones entre fuentes radio y fuentes infrarroja, atajos de teclado, la opción de mostrar o no los contornos radio, y un enlace al tutorial.

Lo primero que debe hacer cada participante es seguir este sencillo tutorial que explica los tres pasos a seguir para realizar las clasificaciones:

1. El participante primero selecciona los contornos en radio a estudiar (panel a).

2. A continuación, se busca la galaxia huésped que aparece en infrarrojo y que está asociada a la emisión de radio seleccionada (panel b).

3. Finalmente la interfaz pregunta si existen más radiofuentes en el campo (que tiene un tamaño de 3 minutos de arco por 3 minutos de arco centrado en la radiofuente) a clasificar o si se pasa a la siguiente imagen (panel c)

Después de clasificar las radiofuentes que aparecen en la imagen (dos en el ejemplo mostrado en el panel c), la interfaz elige de forma aleatoria otra imagen a clasificar. Cada participante puede así estudiar cientos de miles de radiogalaxias... si quiere y/o tiene tiempo, claro.

Es de esperar que la mayor parte de las radiofuentes, como muestran morfologías compactas, tengan sólo una contrapartida en infrarrojo. Cuando una fuente de radio sencilla se ha identificado de la misma forma por cinco usuarios independientes se retira de la muestra a clasificar por siguientes participantes. Para el resto de las imágenes, donde aparecen varias componentes de radio, se necesitan 20 clasificaciones idénticas para asegurar su correcta clasificación.

Una de las características más potentes de esta herramienta es que la interface permite, tras clasificar un objeto, el discutirlo en un foro de debate, RadioTalk. Este foro incluye enlaces a imágenes de campo más amplio (9 minutos de arco por 9 minutos de arco) y datos adicionales en radio (del sondeo NVSS, realizado en los últimos años del siglo XX con el VLA) y óptico (usando datos del SDSS). Así los participantes, que son ayudados por los científicos de Radio Galaxy Zoo, pueden discutir los detalles y peculiaridades de cada objeto. Y, de hecho, es de lo más interesante: al igual que pasó con Galaxy Zoo se están descubriendo nuevos tipos de objetos y radiogalaxias muy peculiares usando RadioTalk. La imagen siguiente muestra un ejemplo de este tipo de hallazgos en RGZ: varios participantes se percataron que la emisión en radio de tres objetos (A, B y C en los paneles superiores) correspondían en realidad a la misma radiogalaxia. Los objetos A y C corresponden a los extremos (lóbulos) de la emisión emanada desde un gigantesco agujero negro localizado en B. La galaxia huésped sobre B se identificó en óptico y en infrarrojo como la fuente SDSS J123458.46+531851.3, a unos 5900 millones de años luz de nosotros. A esa distancia, la separación entre las componentes A y C es 15 millones de años luz. De esta manera, esta curiosa radiofuente es la tercera radiogalaxia más extensa que se conoce en la actualidad. Dado que el campo en infrarrojo es relativamente rico, sólo una cuidadosa inspección visual como la que se realiza en RGZ ha permitido la identificación correcta de esta triple radio fuente.

Ejemplo del potencial que tiene el proyecto RGZ a la hora de identificar radiofuentes curiosas o muy extensas, gracias al foro que ofrece RadioTalk. Los tres paneles superiores (A, B y C), que poseen el tamaño estándar de RGZ de 3 minutos de arco por 3 minutos de arco, eran las imágenes que se presentaban a los participantes en la interfaz de RGZ. La imagen inferior muestra un campo mucho más amplio de la zona (11.5 minutos de arco por 11.5 minutos de arco) y donde se aprecia que, en efecto, A, B y C pertenecen a la misma radiogalaxia, que fue identificada como el objeto SDSS J123458.46+531851.3 sobre la radiofuente compacta B. Crédito de la imagen: Julie Banfield (CSIRO/ANU/RSAA) y equipo RGZ.

Por ahora, RGZ ofrece a sus participantes 177 218 radiofuentes a clasificar. La idea, no obstante, es extender RGZ a cerca de 7 millones de radiofuentes complejas, que serán observadas en el sondeo EMU (Evolutionary Map of the Universe). EMU se llevará a cabo en el nuevo radio-interferómetro australiano ASKAP (Australia SKA Pathfinder) y espera detectar la emisión en radio de unas 70 millones de galaxias. Estos datos empezarán a llegar en el próximo lustro. Precisamente Radio Galaxy Zoo surgió como un estudio piloto de cómo coordinar un proyecto de ciencia ciudadana con los datos de EMU y sondeos similares cuando estén disponibles. Mientras tanto, en los 13 meses transcurridos desde su lanzamiento, los participantes han sobrepasado el millón de clasificaciones. El equipo científico de RGZ habría necesitado cerca de 40 años para conseguir lo mismo. Gracias a todos estos datos, en la última semana se han podido enviar dos artículos científicos a revistas con árbitro. Aún así, a fecha de hoy sólo se tienen el 68% de las identificaciones, por lo que aún se está solicitando la ayuda de más participantes. ¿Nos ayudas a clasificar radiogalaxias?

El autor de este artículo y colaborador oficial de Naukas es miembro del equipo científico de Radio Galaxy Zoo.

Historias relacionadas en el blog

- Las Bolas Amarillas de la Vía Láctea (29 de enero de 2015)

- Zoco de Astronomía: La ciencia de los ciudadanos (12 de febrero de 2012).

- Nebulosas clasificadas en la Vía Láctea por no astrónomos (7 febrero de 2012).

- Zocos de Astronomía de abril de 2010 (Gran Nube Magallanes, M 78, Galaxy Zoo) (30 de abril de 2010).

- Los guisantes verdes de Galaxy Zoo (31 de julio de 2009).

Más información

- Proyecto Galaxy Zoo, en inglés

- Sondeo "Sloan Digital Sky Survey (SDSS), en inglés

- Proyecto Zooniverse, en inglés

- Proyecto RadioGalaxyZoo (RGZ)

- Interferómetro "KG Jansky Very Large Array (JVLA, Nuevo México, EE.UU.), en inglés

- Interferómetro "Australia Telescope Compact Array" (ATCA, Australia), en inglés

- Satélite infrarrojo WISE (Wide-Field Infrared Survey Explorer) (NASA), en inglés.

- Foro RadioTalk sobre RGZ, en inglés

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De: Miguel Angel García Díaz

Fecha: 2015-03-12 21:44

ufff!! Hoy me hice con el periódico de este artículo. Y al revisar el blog, he leído el artículo ampliado. La astronomía me gusta tanto que participaría. Pero parece complicado ¿no? A ver, ¿si te equivocas y coincides algo que no es no pasa nada??? Entiendo que hasta que no coincide con más participantes no se da por buena. Entonces, no será coser y cantar. ¿Pero cuantos conocimientos debes tener para participar??? y ¿que ordenador necesitas para mover esos datos?? No se no se, a ver si lo leo de nuevo y me animo.
Saludos de España y gracias por hacernos participes.

De: angelrls, El Lobo Rayado

Fecha: 2015-03-13 01:48

Miguel Ángel, anímate, es bastante más fácil de lo que puede parecer. Aquí no hay "si te equivocas ¿qué pasa?". Todos los científicos experimentales, y más los observacionales (como los astrónomos) somos propensos a "equivocarnos en nuestras interpretaciones", pero para eso está el método científico. No te van a poner nota ni evaluar cómo lo haces. Como explico en el artículo, sólo cuando se llegan a cierto número de identificaciones similares por varios participantes es cuando se acepta la identificación.

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