A menudo pensamos en la astronomía como una ciencia visual con bellas imágenes del universo. Sin embargo, los astrónomos utilizan una amplia gama de herramientas de análisis más allá de las imágenes para comprender la naturaleza a un nivel más profundo.

La sonificación de datos es el proceso de convertir datos en sonido. Tiene poderosas aplicaciones en la investigación, la educación y la divulgación, y también permite a las comunidades ciegas y con problemas de visión comprender tramas, imágenes y otros datos.

Su uso como herramienta en la ciencia aún se encuentra en sus primeras etapas, pero los grupos de astronomía están liderando el camino.

En un artículo publicado en Nature Astronomy , mis colegas y yo discutimos el estado actual de la sonificación de datos en astronomía y otros campos, brindamos una descripción general de 100 proyectos basados ​​en sonido y exploramos sus direcciones futuras.

El efecto cóctel

Imagina esta escena:estás en una fiesta llena de gente que es bastante ruidosa. No conoces a nadie y todos hablan un idioma que no puedes entender, no es bueno. Luego escucha fragmentos de una conversación en un rincón lejano en su idioma. Te enfocas en él y te diriges a presentarte.

Si bien es posible que nunca haya experimentado una fiesta así, la idea de escuchar una voz o un idioma reconocible en una habitación ruidosa le resulta familiar. La capacidad del oído y el cerebro humanos para filtrar los sonidos no deseados y recuperar los sonidos deseados se denomina "efecto cóctel".

De manera similar, la ciencia siempre está ampliando los límites de lo que se puede detectar, lo que a menudo requiere extraer señales muy débiles de datos ruidosos. En astronomía, a menudo nos esforzamos por encontrar las señales más débiles, más lejanas o más fugaces. La sonificación de datos nos ayuda a ampliar aún más estos límites.

El video a continuación proporciona ejemplos de cómo la sonificación puede ayudar a los investigadores a discernir señales débiles en los datos. Presenta la sonificación de nueve ráfagas de una ráfaga de radio rápida repetitiva llamada FRB121102.

Las ráfagas de radio rápidas son ráfagas de emisión de radio de milisegundos que se pueden detectar en la mitad del universo. Todavía no sabemos qué los causa. Detectarlos en otras longitudes de onda es la clave para comprender su naturaleza.

Demasiado de algo bueno

Cuando exploramos el universo con telescopios, encontramos que está lleno de explosiones cataclísmicas que incluyen muertes de estrellas como supernovas, fusiones de agujeros negros y estrellas de neutrones que crean ondas gravitacionales y ráfagas de radio rápidas.

Aquí puedes escuchar la fusión de dos agujeros negros.

Y la fusión de dos estrellas de neutrones.

Estos eventos nos permiten comprender la física extrema en las energías y densidades más altas conocidas. Nos ayudan a medir la tasa de expansión del universo y la cantidad de materia que contiene, y para determinar dónde y cómo se crearon los elementos, entre otras cosas.

Las próximas instalaciones, como el Observatorio Rubin y el Square Kilometre Array, detectarán decenas de millones de estos eventos cada noche. Empleamos computadoras e inteligencia artificial para hacer frente a estas cantidades masivas de detecciones.

Sin embargo, la mayoría de estos eventos son ráfagas débiles, y las computadoras son muy buenas para encontrarlos. Una computadora puede detectar una ráfaga débil si se le da una plantilla de la señal "deseada". Pero si las señales se apartan de este comportamiento esperado, se pierden.

Y, a menudo, estos mismos eventos son los más interesantes y brindan la mayor comprensión de la naturaleza del universo. El uso de sonificación de datos para verificar estas señales e identificar valores atípicos puede ser poderoso.

Más de lo que parece

La sonificación de datos es útil para interpretar la ciencia porque los humanos interpretan la información de audio más rápido que la información visual. Además, el oído puede discernir más niveles de tono de los que el ojo puede discernir niveles de color (y en un rango más amplio).

Otra dirección que estamos explorando para la sonificación de datos es el análisis de datos multidimensionales, que implica comprender las relaciones entre muchas características o propiedades diferentes en el sonido.

Graficar datos en diez o más dimensiones simultáneamente es demasiado complejo e interpretarlos es demasiado confuso. Sin embargo, los mismos datos se pueden comprender mucho más fácilmente a través de la sonificación.

Resulta que el oído humano puede distinguir inmediatamente la diferencia entre el sonido de una trompeta y el de una flauta, incluso si tocan la misma nota (frecuencia) con el mismo volumen y duración.

¿Por qué? Porque cada sonido incluye armónicos de orden superior que ayudan a determinar la calidad del sonido o el timbre. Las diferentes fuerzas de los armónicos de orden superior permiten al oyente identificar rápidamente el instrumento.

Ahora imagine colocar información (diferentes propiedades de los datos) como diferentes intensidades de armónicos de orden superior. Cada objeto estudiado tendría un tono único, o pertenecería a una clase de tonos, dependiendo de sus propiedades generales.

With a bit of training, a person could almost instantly hear and recognize all of the object's properties, or its classification, from a single tone.

Beyond research

Sonification also has great uses in education (Sonokids) and outreach (for example, SYSTEM Sounds and STRAUSS), and has widespread applications in areas including medicine, finance and more.

But perhaps its greatest power is to enable blind and visually impaired communities to understand images and plots to help with everyday life.

It can also enable meaningful scientific research, and do so quantitatively, as sonification research tools provide numerical values on command.

This capability can help promote STEM careers among blind and visually impaired people. And in doing so, we can tap into a massive pool of brilliant scientists and critical thinkers who may otherwise not have envisioned a path towards science.

What we need now is government and industry support in developing sonification tools further, to improve access and usability, and to help establish sonification standards. + Explora más

New black hole sonifications with a remix are now available for listening

Este artículo se vuelve a publicar de The Conversation bajo una licencia Creative Commons. Lea el artículo original.