Trazando el mapa de la galaxia con SETI@home

Trazando el mapa de la galaxia con SETI@home

Por :Emilio González

Por Amir Alexander

El receptor de SETI@home del radiotelescopio de Arecibo registra los cielos durante todo el año, en busca de una señal que pudiera sólo provenir de una civilización inteligente. Nadie sabe como sería la señal, o en que frecuencia sería enviada, pero junto con la mayoría de los científicos SETI, el equipo de SETI@home cree que la frecuencia más prometedora de búsqueda es 1420 Mhz o 21 centímetros. Es la frecuencia emitida (y absorbida) por el más común de los elementos del universo, el hidrógeno.

SETI@home no ha detectado todavía, ni ninguno de los otros proyectos SETI, ninguna señal confirmada como inteligente. Pero cerca de cuatro años de registrar constantemente los cielos han, sin embargo, ofrecido algo de indudable valor científico : el estudio más intenso, detallado y de mayor resolución de los cielos en la frecuencia del hidrógeno. Usando los datos de SETI@home, el profesor Carl Heiles de la Universidad de Berkeley, California junto con Dan Werthimer, Paul Demorest, y Eric Korpela de SETI@home, están construyendo un mapa definido y detallado de la distribución del hidrógeno en nuestra galaxia.

¿Por qué Hidrógeno?

El hidrógeno es un elemento simple, de hecho, el más simple de todos. Cada átomo de hidrógeno contiene un sólo protón y un sólo electrón, convirtiéndolo también en el más ligero de los elementos. Pero este simple gas, al que es muy difícil encontrar en la Tierra en su estado puro, forma no menos del ¡71% de la masa de la materia en el universo!. Sólo el helio, el segundo elemento más ligero, se acerca al hidrógeno en cuanto a presencia, con el 28% de toda la materia. Puede parecer increíble, que todos los demás elementos combinados, incluyendo los sólidos y pesados materiales que son la base de nuestro mundo y nuestra vida diaria, sumen cerca de un 1% de la masa de toda la materia que existe.

Debido a estos porcentajes tan importantes, trazar el mapa del hidrógeno no es simplemente una cuestión de localizar un elemento en concreto. Es, de hecho, como trazar el mapa de distribución de la materia misma. Allí donde se concentre la materia en el universo, es principalmente hidrógeno, y representar su distribución y movimiento nos puede dar una buena noción de la distribución de la materia en el universo. Más especificamente, el hidrógeno es el componente principal de los brazos espirales que forman nuestra galaxia. Trazando su mapa, los astrónomos tambien obtienen la forma y movimiento de la Via Láctea.


Allí donde el hidrógeno está más condensado se forman nubes que son los criaderos de jóvenes estrellas. A lo largo de su vida, estas estrellas convierten el hidrógeno en helio, mientras amasan elementos más pesados en sus núcleos a altas presiones. Muchas de estas estrellas finalmente explotan para convertirse en espectaculares supernovas, que esparcen los elementos pesados en el espacio y crean ondas de choque en el hidrógeno que flota libremente por la galaxia. Esto crea áreas con alta densidad de hidrógeno, que a su vez ayudan a crear nuevas generaciones de estrellas.

Estos procesos son la dinámica fundamental que gobierna los ciclos vitales de galaxias y estrellas. Para comprenderlos e investigarlos, es esencial un mapa detallado de la distribución del hidrógeno en la galaxia.

Escaneando el cielo de Arecibo

Crear este mapa, sin embargo, no es algo sencillo. Como todos los elementos, el hidrógeno emite (o absorbe) señales de radio cuando su electrón se mueve de un nivel cuántico a otro. Cada elemento se caracteriza por su propia y única frecuencia, y la frecuncia del hidrógeno es la famosa 1420 mhz, amada por los aficionados a SETI de todo el mundo. Para localizar el hidrógeno, entonces, los astrónomos deben simplemente buscar en los cielos en la frecuencia de 1420 Mhz, escuchando las emisiones de radio del hidrógeno. Cuanto más fuerte sea la señal recibida, más hidrógeno hay presente en esa dirección.

Pero lo que es algo sencillo en principio puede ser muy difícil en la práctica Un buen estudio requiere no sólo una medición, sino la observación de cada punto del cielo en búsqueda de las mencionadas emisiones de hidrógeno. El estudio, además, debería preferiblemente ser realizado con un gran radiotelescopio, para garantizar un estudio profundo de alta resoución. Requeriría, en otras palabras, observaciones anuales con uno de los mayores radiotelescopios mundiales. Estos grandes segmentos de tiempo de observación simplemente no están disponibles en los grandes observatorios, donde muchos proyectos diferentes compiten por un tiempo y recursos limitados. El proyecto, dicho de otra forma, no sería posible con un acercamiento convencional.


SETI@home, de todas formas, no es un proyecto convencional. En lugar de limitarse a una valiosa 'ventana' de tiempo de observación, recoge datos durante todo el año de un receptor colgado permanentemente 500 pies (150 metros) por encima del disco de Arecibo - el mayor del mundo. Hacia donde apunte el disco, hacia allí escucha el receptor de SETI@home. Con el tiempo, simplemente permaneciendo en su sitio, el receptor de SETI@home estudia todo el cielo visible desde Arecibo y, aún más importante para el estudio del hidrógeno, escucha precisamente en la frecuencia de emisión del hidrógeno.

Simplemente haciendo aquello para lo que fue diseñado, el receptor de SETI@home ha reunido datos que son ideales para el estudio del hidrógeno de la galaxia.

El Hidrógeno Escondido de SETI@home

Como todo usuario de SETI@home sabe, recabar datos no es suficiente, es sólo el principio. Los datos originales deben dividirse y ser analizados antes de que los científicos puedan usarlos y sacar conclusiones. El procesado de datos necesario para el estudio del hidrógeno es, en cambio, bastante diferente del que se necesita para SETI.

Cuando los usuarios de SETI@home analizan datos de Arecibo en sus ordenadores personales, no encuentran hidrógeno. No es porque no esté allí, sino porque el programa de SETI@home no lo busca. Una señal inteligente, de acuerdo con lo aceptado por la comunidad SETI, será una señal clara de banda estrecha, que no podrá confundirse con un fenómeno natural. Debido a ello, SETI@home corta en finas capas los datos originales recogidos en Arecibo entre segmentos de frecuencia muy finos, tanto como 0.1 Herzios cada uno.

Pero mientras este análisis de alta resolución es adecuado para SETI, tambien hace que las emisiones de hidrógeno sean prácticamente invisibles. Como fenómeno natural tienen una frecuencia con un ancho de banda más amplio, del orden de 10 a 20 Khz ( de 10,000 a 20,000 Hertzios ). En el programa SETI@home este tipo de señales se descartan como simple ruido de fondo.

Por esta razón, un estudio del hidrógeno de la galaxia no puede utilizar los datos procesados devueltos a la central de SETI@home en Berkeley por usuarios de todo el mundo. En lugar de ello, Heiles y Demorest tuvieron que regresar a las cintas sin procesar que contenían los datos originales recogidos por el radiotelescopio de Arecibo. En vez de enviarlos a usuarios de todo el mundo, realizaron los análisis en sus propios computadores en Berkeley.

En principio, el análisis de los datos para el estudio del hidrógeno no es muy diferente del realizado por los usuarios de SETI@home. En ambos casos el procesado se diseña para establecer la fuerza y la potencia de las señales de radio recabadas en Arecibo.

Aquí, sin embargo, se acaban las similaridades. Mientras que para los propósitos de SETI los datos se deben seccionar en bandas de frecuencia muy finas, el proyecto del hidrógeno necesitan muchos segmentos más anchos de 1 Khz. Además, mientras SETI analiza cada segmento en muchas resoluciones diferentes, el estudio del hidrógeno analiza los datos sólo una vez en una resolución fija. Finalmente, SETI@home pasa gran parte de su tiempo buscando patrones específicos como gausianas y tripletes. Esto, por supuesto, no es necesario para la busqueda de hidrógeno.

Como resultado de estas diferencias, el análisis de los datos para el estudio del hidrógeno consume mucho menos tiempo que el procesado de SETI@home. Una cinta de 15 horas grabada en Arecibo supone al menos 170,000 unidades de SETI@home. Para el estudio del hidrógeno, la cinta entera se procesa en sólo 5 o 6 horas.

Trazando el mapa de los cielos

Estas horas, en cambio, son bien utilizadas. Las 15 horas de las cintas se dividen en segmentos de 5 segundos. Para cada uno de ellos, se graba la localización precisa en el cielo, así como la intensidad y la frecuencia exacta de las señales de radio. Una señal más fuerte simplemente indica que hay más hidrógeno en esa dirección concreta, y los astrónomos pueden así trazar el mapa de la presencia de hidrógeno en el segmento de cielo visible desde Arecibo.


De hecho, pueden hacer bastante más. Los gráficos del espectro derivados de los datos muestran que en ciertas localizaciones del cielo, las emisiones de hidrógeno parecen estar presentes no sólo en una frecuencia, sino en varias (aunque aproximadas). En algunas situaciones la frecuencia parece ser un poco más alta, o más baja que la frecuencia exacta de las emisiones de hidrógeno.

La razón para ello es que el hidrógeno no esta estacionario en relación a nuestro sistema solar, sino localizado en los brazos en movimiento de nuestra galaxia. Si el hidrógeno es de nuestro propio brazo de la galaxia, se mueve junto con el Sistema Solar, y por ello parece estar más o menos estacionario. Si, en cambio, está en otros brazos de la galaxia, entonces se mueve alejándose o acercándose a nosotros.

La consecuencia de este movimiento relativo es el efecto Doppler familiar, sin duda, a los entusiastas de SETI@home. Si el hidrógeno se mueve hacia nosotros, entonces la frecuencia aparece algo más alta de lo normal, un fenómeno llamado 'corrimiento al azul'. Si se separa, entonces la frecuencia se vuelve más lenta, produciendo 'corrimiento al rojo'.

Cuando los astrónomos identifican emisiones de radio de hidrógeno en frecuencias ligeramente diferentes, saben que están, de hecho, observando masas de gas viajando en diferentes direcciones. Con las magnitudes precisas de corrimiento al rojo y al azul, pueden tambien determinar la velocidad exacta a la que el hidrógeno se mueve en relación al Sistema Solar.

Todo esto, sin embargo, no es suficiente para trazar el mapa del hidrógeno de la galaxia. Los astrónomos ahora saben de qué manera, y a qué velocidades se mueven las masas de hidrógeno en una dirección determinada del cielo, o hay manera, en cambio, de determinar la distancia a la que está la nube de hidrógeno de la Tierra.


Debido a esto, los astrónomos no pueden simplemente dibujar la localización de las masas de hidrógeno, sino que deben intentar encajar los diferentes elementos juntos de la manera más consistente y plausible. Crear un mapa coherente de esta forma es un reto importante, similar a completar un puzzle gigante de millones de piezas con sólo una posible solución correcta. Ayudados por nuestro gran conocimiento del tamaño, forma y movimientos de nuestra galaxia, utilizando computadores que nos ayuden a ordenar las montañas de datos, Heiles, Werthimer, y su equipo creen que pueden crear un mapa detallado y creíble del hidrógeno en nuestra galaxia.

Y así, mientras SETI@home mantiene su búsqueda de señales de vida inteligente, puede mostrar resultados más immediatos en un area diferente : buscar y encontrar las unídades más básicas y simples de materia de nuestra galaxia.