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(Por Amir Alexander)
Todos conocemos a SETI@home, el programa de computación distribuida que con tanto éxito ha reunido a millones en busca de inteligencia extraterrestre.


Ahora, en los momentos en que SETI@home se encuentra ya en su nueva plataforma BOINC, surge una nueva y no menos interesante aventura científica: Stardust@home, un proyecto que unirá a todos los usuarios del mundo en la búsqueda de pequeños granos de polvo interestelar. Las partículas son las primeras muestras de estrellas distantes, que jamás se habían traído a la Tierra desde el espacio y ¡ustedes pueden ayudar a encontrarlas!

El largo viaje

Las diminutas partículas de polvo estelar fueron recolectadas por la nave espacial laStardust, la cual completó el día 15 de enero de 2006, su 7º año de odisea por el espacio al regresar con muestras a la Tierra. Dos años antes, el 2 de enero del 2004, la Stardust voló a través de un granizo de rocas y polvo que forman el coma del cometa Wild 2, juntando unas muestras invaluables de partículas del cometa que ayudarán a los científicos a descifrar la historia de nuestro sistema solar. Pero durante su largo viaje, la Stardust también recogió un tipo diferente de muestras – minúsculas partículas, de polvo interestelar, que llegaron a nuestro sistema solar procedentes de estrellas a años luz de distancia.

Concepto artístico de la nave espacial Stardust. Crédito: NASA / JPL Pulsa aquí para agrandar.

La misión de la Stardust recolectó estas partículas entre febrero y mayo del 2000 y después nuevamente durante agosto y diciembre del 2002, mientras pasaba a través de una corriente de polvo que fluye en nuestro sistema solar proveniente del espacio interestelar. Esta corriente fue descubierta recientemente – en 1993 por la nave Galileo, la cual pasó a través de esa región del espacio en su viaje hacia Júpiter. Cuando la Stardust voló a través de la corriente, extendió sus colectores de aerogel en forma de raquetas, recogiendo y almacenando las partículas interestelares. Ninguna partícula tan prístina de estrellas distantes había sido recolectada con anterioridad.

El 15 de enero del 2006, la Stardust se acercó a la Tierra una vez más y dejó descender en paracaídas una cápsula que contenía las muestras y que descendió sobre el desierto de Utah. Anidados dentro de la caja científica de la cápsula venían dos juegos de muestras: partículas del cometa por un lado del recolector del panel de aerogel y polvo interestelar en el otro. A los pocos días de su llegada, los científicos de la misión comenzaron a extraer los granos de polvo procedentes del Wild 2 y se prepararon para su envío a los científicos del mundo entero.

Pocos y muy pequeños: Búsqueda de los granos de polvo interestelar

Mientras que las muestras del cometa son relativamente fáciles de extraer de las placas colectoras, no pasa lo mismo con las muestras de polvo interestelar. Por una razón, habrá muy pocas, probablemente no más de 40, comparadas con los miles de las partículas del cometa. Por otra parte, los granos interestelares son minúsculos – de tan solo unos pocos micrones en tamaño. Estas partículas, lo que es más, se encuentran incrustadas en un área de unos 1000 centímetros cuadrados (no más de un pié cuadrado) de aerogel, el cual después de años en el espacio es muy probable que esté lleno de resquebrajaduras y fisuras. En resumen, una cantidad muy pequeña de diminutas partículas, se encuentra dispersada en un área muy revuelta. Antes de que los científicos puedan pensar en extraerlas, primero tendrán que encontrarlas.

”La Planetary Society es colaborador oficial del proyecto Stardust@home. Nuestra participación es comunicar con el público y obtener su apoyo en esta fantástica manera de formar parte en la exploración del espacio”.

Andrew Westphal, director asociado del laboratorio de Ciencias Espaciales de la Universidad de California en Berkeley, ha pasado mucho tiempo pensando la manera de localizar a estas proverbiales agujas en un pajar. Su primera idea fue tratar de realizar un escáner automático: un microscopio automatizado daría las imágenes y recabaría cada pequeña porción del colector de polvo interestelar de aerogel, enfocando a diferentes profundidades por debajo de la superficie del colector. Las imágenes serían almacenadas, creando un archivo digital del recolector. Este a su vez se trabajaría a través de un programa computarizado, diseñado para descubrir señales del impacto procedente de una partícula de polvo interestelar. El programa registraría la localización y entonces podrían ser examinados manualmente por los científicos en persona.

Bruce Betts de Planetary Society con el microscopio de Stardust@home. Pulsa aquí para agrandar.

Un enfoque similar ya había funcionado bien para Westphal en el pasado, cuando él y su equipo desarrollaron un método para detectar huellas de partículas en experimentos de alta energía en astrofísica. En ese sistema el microscopio realizaba un escáner del colector por dos veces, enfocando a dos diferentes profundidades. Un programa de cómputo revisaba los dos escaneos y registraba la localización en donde ambos detectaban una posible huella. De esta manera, se excluían las fallas locales en el colector y solamente los posibles “túneles” muy profundos para que pasasen a través de ambos niveles del escáner, se convertían en candidatos de huellas reales. En el paso final, Westphal y su equipo observaban visualmente los candidatos para determinar si realmente eran huellas verdaderas.

Sin embargo, el colector de polvo interestelar del Stardust, se enfrentó a un reto más difícil. Esto se debió a que se esperaba que las minúsculas partículas penetrasen solamente la capa de encima de las placas de aerogel, hasta una profundidad no mayor de 100 micrones. A esa profundidad, es muy posible que el aerogel de la Stardust, regresando después de 7 años en el espacio, esté lleno de hendiduras y fallas. Como resultado, los escaneos automatizados estarán seguramente inundados de falsas identificaciones y los 40, más o menos, granos de polvo interestelar, pudieran no ser encontrados nunca.

El colector de muestras de polvo interestelar de Aerogel en la Stardust. Crédito: NASA / JPL. Pulsa aquí para agrandar.

Para solucionar este problema, Westphal y su equipo consideraron el uso de un software de reconocimiento con un patrón sofisticado que fuese capaz de distinguir entre las fisuras en el aerogel y las verdaderas huellas de las partículas. Consultaron con Jitendra Malik, científico en computación de la U.C. en Berkeley, quien sugirió que tal programa discriminatorio en principio era posible. Sin embargo, para que funcionara, deberían “entrenar” al ordenador con imágenes reales del aerogel conteniendo granos de polvo interestelar. Pero he ahí el problema: ¡Nunca con anterioridad se habían recolectado semejantes partículas! Los científicos solo pueden dar una aproximación a como pueden ser los granos reales embebidos en aerogel. Para un programa de computadora, esto no era suficiente y el plan para hacer un escaneo automático del colector de aerogel pareció llegar a un callejón sin salida.

¿Cómo pueden entonces localizarse estas preciosas partículas de estrellas lejanas?

Stardust@home

Aunque los programas de computación sofisticados no podían distinguir entre partículas interestelares y fisuras y polvo, aún había un instrumento disponible que podría hacer ese trabajo: el ojo humano. Por su experiencia con partículas de física de alta energía, Westphal sabía que a diferencia de las computadoras, los humanos utilizando microscopios podían reconocer huellas verdaderas muy fácilmente, con tan sólo una cantidad limitada de entrenamiento. Si los humanos podían escanear toda la superficie del aerogel, entonces sería fácil detectar las partículas del polvo interestelar.

Esto, sin embargo, presentó un problema diferente: Cubrir microscópicamente todo el colector a la amplificación necesaria, requeriría de millones de imágenes separadas. El ojo humano podría ser una buena herramienta para identificar las huellas de las partículas, pero ¿quienes son los humanos que se esperan que puedan escanear esa gran cantidad de imágenes? Y si lo hacen, ¿cuanto tiempo se tardarían? y ¿se puede esperar que ellos estén alerta para la oportunidad del descubrimiento de una sola partícula entre cientos de miles de imágenes vacías?

Fue en este punto que Westphal recordó otro proyecto que se estaba realizando en el mismo edificio donde él tiene su oficina y su laboratorio. A unas pocas puertas de distancia en el Laboratorio de Ciencias Espaciales, David Anderson, Dan Wertheimer, y su equipo, estaban trabajando con el SETI@home - el mayor y más exitoso programa de computación distribuida en la historia. Con SETI@home, millones de usuarios de ordenadores en todo el mundo se unieron en la búsqueda de inteligencia extraterrestre.

¿Sería posible aplicar un enfoque similar y tener a personas de todo el mundo para que se unieran en la búsqueda del polvo interestelar?

Era posible, y con la ayuda de los veteranos de SETI@home, Westphal se dedicó a descubrir como podría hacerse. A diferencia de SETI@home, el nuevo proyecto se basaría en observaciones reales humanas más que en el proceso de datos automatizado de computadora. Pero como SETI@home, dependería de la participación de una multitud de usuarios, quienes se dividirían un trabajo insoluble en pequeñas y manejables particiones. En tributo al proyecto que lo inspiró, el nuevo programa se denominaría Stardust@home.

El microscopio de Stardust@home. Este microscopio se utilizará para hacer una escaneo del aerogel recolector que va en la Stardust y que contiene las muestras de polvo interestelar. Creará 1,6 millones de “películas” que serán escaneadas por los usuarios de Stardust@home. Crédito: Bruce Betts/The Planetary Society. Pulsa aquí para agrandar.

He aquí como va a funcionar: Tal como en el plan original, el microscopio automatizado escaneará toda la superficie del colector, grabando imágenes digitales de cada minúscula porción del aerogel. Como cada imagen cubrirá un área de 260 x 340 micrones, y como cada imagen incluirá una superposición de un 10% con la imagen vecina, el microscopio necesitará enfocarse sobre 1,6 millones de localizaciones diferentes para cubrir toda la superficie del colector.

Para escanear automáticamente las partículas de alta energía, el microscopio tomó dos imágenes de cada localización, enfocando a dos diferentes profundidades dentro del detector. Esto, sin embargo, no será suficiente para detectar las diminutas partículas de polvo interestelar, las cuales están muy cerca de la superficie del colector, entre grietas y fallos. Por lo mismo, el microscopio tomará 40 imágenes separadas de cada lugar, enfocando cada una a una profundidad diferente, entre los 20 micrones encima de la superficie hasta más de 100 micrones en el interior del aerogel. Sólo una huella que sea visible continuamente a través de una gran parte de estas imágenes podrá considerarse como una candidata para el “verdadero” grano. Para cada ubicación, las 40 imágenes separadas serán empacadas en una “película”, representando una vista continua en profundidad de cada punto a través de las diferentes profundidades.

Hasta este punto, Stardust@home luce como un proyecto científico normal, aunque su tema es definitivamente único. Pero he aquí donde las cosas se ponen interesantes: miles de usuarios alrededor del mundo se enlazarán a la página Web de Stardust@home y utilizarán un programa en la web muy simple denominado “microscopio virtual”. Este programa se contactará con el servidor de Stardust@home y descargará una película de una sola porción del colector de la Stardust. Usando el microscopio virtual, el usuario verá entonces la película y la escaneará (a ojo) para encontrar partículas de polvo interestelar reales. Una vez realizado el escaneo, el programa enviará los resultados de regreso al servidor. El usuario podrá entonces escanear la siguiente “película”, la cual se habrá descargado mientras tanto. En total, cada usuario solo verá una pequeñísima parte del colector; pero conjuntamente, miles de usuarios en todo el mundo serán capaces de inspeccionar todo el colector en tan solo pocos meses.

Huella de una partícula en el aerogel. Esto es aproximadamente lo que una sola imagen de la película de Stardust@home mostrará en el "microscopio virtual". Ya que nunca anteriormente habían sido capturadas partículas de polvo estelar, estas muestras fueron creadas en un acelerador de partículas de alta energía. Crédito: Regentes de la Universidad de California, Stardust@home Pulsa aquí para agrandar.

A diferencia de SETI@home, que solo requiere que los usuarios instalen el programa y dejen que sus ordenadores hagan el trabajo, Stardust@home se apoya en la dedicación y destreza de los usuarios. Serán los propios usuarios, no el ordenador, los que identificarán las partículas. Y visto que es muy difícil para Westphal y su equipo poder evaluar la habilidad de cada usuario, dependerán en la opinión de la mayoría para decidir si una localización en particular se merece una segunda observación: cada film será enviado a cuatro usuarios y sólo si dos de ellos reportan una detección, entonces será recomendada como candidato. En ese caso, será enviada otra vez a otro número de usuarios, quienes no sabrán que esa unidad ha sido considerada como especial. Si una mayoría de usuarios en esta “segunda vuelta” también reporta las detecciones, entonces los científicos profesionales observarán el lugar para determinar si realmente contiene una partícula de polvo interestelar.

Con Stardust@home y la energía de la computación distribuida, un trabajo más allá de la resistencia de cualquier científico y más allá de la capacidad de los programas aún más sofisticados, se logrará en corto tiempo por intermediación de los voluntarios humanos. “Simplemente es la única manera que podremos hacerlo”, dijo Westphal.

El enlace en inglés está aquí

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Recolectando “Polvo de Estrellas”
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Artículo de - Amir Alexander –
Aportación de Liberto