Conferència de l'Astronòmica de Sabadell. Enrique Solano, 5 de febrer de 2025
Per a mi és un plaer ser aquí aquesta tarda amb la història que té l'Agrupació Astronòmica de Sabadell. Us parlaré una mica del projecte en què he estat treballant els darrers anys. El títol diu 20 anys perquè quan vam començar a parlar d’aquesta xerrada va ser l’any passat, just quan es van complir aquestes dues dècades. Però ara ja anem camí de l'any 21.
He estructurat la xerrada en dos grans blocs. El primer bloc consisteix a explicar què és això dels observatoris virtuals. I el segon és: d'acord, això dels observatoris virtuals està molt bé, però per a mi, com a amateur, per què em serveix? Farem un recorregut per la història d´aquests 20 anys i veurem quines coses hem fet en col·laboració amb la comunitat amateur.
Començaré amb una pregunta per centrar una mica el tema. Algú sap de què va això de l’observatori virtual’ Alguna idea? Per als que no ho sàpiguen, una manera d'entendre-ho és fer una ullada a un article (figura 1) que resumeix la història dels observatoris virtuals a Europa fins a l'any 2015, quan es va publicar. S'hi fa una anàlisi dels primers 15 anys de l'observatori virtual a Europa.
Figura 1. Article sobre els Observatoris Virtuals
La paraula més important dels Observatoris Virtuals és "data", "dades". És clar que l'observatori virtual té a veure amb dades. Però, què són les dades en astrofísica? En general, les dades en astronomia poden ser imatges, espectres, sèries temporals (com variacions de la brillantor respecte al temps en corbes de llum) o variacions d'un altre paràmetre en el temps, com ara les corbes de velocitat radial. També podem tenir cubs de dades (figura 2), on, si fem un tall en una direcció determinada, obtenim una imatge a una determinada longitud d'ona d'un objecte; i si el tall es fa en una altra direcció, s'obté un espectre de cadascun d'aquests objectes.
Figura 2. Cub de dades astronòmiques
Quan parlo de dades, també em refereixo a taules o catàlegs, és a dir, compilacions de paràmetres relacionats amb un cert objecte: coordenades, mesures de brillantor, paràmetres físics, etcètera. A més, inclouen models i simulacions numèriques que ens permeten comparar la realitat amb prediccions teòriques. Tot això és el que anomenem dades en astronomia.
Ara bé, una vegada sabem què són les dades, què es fa amb elles? Sabem que es generen utilitzant telescopis a terra o satèl·lits a l'espai. Però un cop fetes les observacions, què passa amb aquestes dades? On s'emmagatzemen? Aquestes dades normalment acaben en un centre de dades o en un fitxer astronòmic. Això és un arxiu astronòmic? Sí i no. És un centre de dades, però si veiem una imatge antiga amb un arxivador i cintes magnètiques dels anys 70, 80 o fins i tot 90, ens adonarem que falta alguna cosa. Perquè sigui un centre de dades modern, necessitem una mica més: un ordinador. Si jo sóc el senyor de les ulleres a la imatge (figura 3), puc accedir a les dades, però si no hi sóc físicament, no ho puc fer. Necessito connexió a internet. A més, cal que la informació es preservi de manera segura a llarg termini.
Figura 3. Arxivador de cintes magnètiques de fa dècades
Un centre de dades modern en astronomia és una mica més avançat. És un rack amb un munt de discos d'alta capacitat connectats a una xarxa d'alta velocitat. Això permet que qualsevol persona, des de qualsevol part del món, pugui fer consultes i descobrir informació interessant.
Com es fa la cerca d'informació? Mitjançant un formulari. Tots estem acostumats a utilitzar formularis a internet per a tot tipus de coses. Aquest és un altre tipus de formulari, en què, en lloc de seleccionar una sessió de cinema o una pel·lícula, se'ns pregunta pel nom d'un objecte astronòmic, les seves coordenades, les dates d'observació o l'instrument amb què es va prendre la imatge.
En resum, un fitxer astronòmic modern és un sistema d'emmagatzematge accessible a través d'internet, que permet a qualsevol persona cercar informació mitjançant un formulari. Fins aquí tot bé.
Si haguéssiu de triar una sola idea clau perquè us quedi en sortir d'aquí, seria aquesta: un arxiu astronòmic és conceptualment el mateix que un telescopi. És un recurs, una infraestructura a què l'astrònom té accés per obtenir informació i generar coneixement. Jo puc obtenir les meves dades observant el cel o revisant observacions prèvies a fitxers. En aquest sentit, un fitxer és equivalent a un telescopi.
Ara bé, hi ha cap rang de longitud d'ona preferit de les observacions? N'hi ha algun de millor que un altre? No, no hi ha cap rang superior a un altre. Històricament, el visible ha estat el més accessible, però tots són importants. De fet, una de les característiques de l'astrofísica al segle XXI és que és multirang. Moltes vegades, per entendre el que passa en un objecte astronòmic, cal observar-ho en diferents rangs de l'espectre.
Per exemple, si tenim una variable lluminosa blava molt energètica, veurem que té una estrella central envoltada per un embolcall de gas i pols. Per entendre completament el fenomen, necessitem informació a l'òptic per estudiar l'estrella, a l'infraroig per analitzar l'embolcall de pols i en ràdio per detectar la radiació sincrotró generada pel material expulsat.
Així és com els astrònoms utilitzen tota la bateria de telescopis a terra i satèl·lits a l'espai per obtenir una visió completa. Si no ho fessin, estarien com els protagonistes de la faula de l'elefant i els cecs: cada persona toca una part de l'elefant i arriba a una conclusió diferent del que és. En astronomia passa el mateix: si només s'analitza un rang de l'espectre, la conclusió pot ser correcta per a aquest rang, però la visió global del fenomen podria ser errònia. Per tant, és fonamental poder accedir a dades en la quantitat més gran de rangs de l'espectre possible.
Ara bé, quantes dades hi ha? Moltes? Poques? N’hi ha moltes, moltíssimes. La gran revolució de les dades en astrofísica va tenir lloc als anys 90, quan es van començar a digitalitzar dades antigues, com les de plaques fotogràfiques, i van sorgir grans catàlegs com l'USNO. A més a més, l'aparició dels detectors CCD va revolucionar l'observació astronòmica. Això va permetre el desenvolupament de projectes de cartografiat del cel, com 2MASS, que va mapejar el cel en tres bandes de l'infraroig entre el 1997 i el 2001. A partir dels anys 90, el volum de dades va començar a créixer exponencialment.
Per fer-nos una idea de les magnituds, la missió Gaia, que molts coneixereu, ha estat una de les més importants en aquest camp. Tot i que la seva fase operativa s'ha acabat recentment, el projecte continua en marxa, amb nous alliberaments de dades. La seva darrera publicació, el Data Release 3, conté informació sobre 1.800 milions d'estrelles. Sembla molt, però en realitat només és l'1% dels objectes de la Via Làctia. Depèn de com ho mirem: un 1% pot semblar poc, però 1.800 milions és moltíssim.
Si avancem una mica cap al futur a curt termini, trobem l'ESST que s'està construint a Xile i que entrarà en operació els propers mesos. Aquest projecte representa un canvi significatiu, passant d'obtenir una imatge estàtica del cel a registrar-ne una pel·lícula, amb observacions contínues. Permetrà que cada objecte sigui observat de mitjana unes 800 vegades, creant una pel·lícula amb 800 fotogrames per objecte. La quantitat de dades generades és immensa, amb xifres estimades en 15 terabytes per nit. Per posar-ho en perspectiva, si una imatge d?alta resolució d?un telèfon mòbil ocupa 5 megabytes, el volum de dades generat cada nit equivaldria a 3 milions d?aquestes imatges. L'operació de l'ESST està prevista per durar entre 8 i 10 anys, fet que es tradueix en una acumulació massiva d'informació astronòmica.
Figura 4. L'ESST en números
Aquest volum de dades planteja reptes significatius en termes demmagatzematge, gestió i anàlisi. Per il·lustrar aquest problema, podem comparar-ho amb una situació quotidiana: si un grup petit d'amics fa un viatge i després volen compartir les fotos fetes en un lloc específic, la tasca és senzilla. Tot i això, si el grup és gran, la gestió de les imatges es torna més complicada, especialment si cada persona etiqueta les seves fotos de manera diferent. En astronomia, aquest problema es magnifica, amb centenars de serveis i fitxers proporcionant milions d'imatges, cosa que dificulta la identificació i l'accés a la informació rellevant.
A més del problema del descobriment de dades, sorgeix el desafiament de la seva integració. Diferents catàlegs poden anomenar la mateixa variable de maneres diferents, cosa que impedeix una identificació automàtica de la informació. La manca dʻestandardització crea un coll dʻampolla que obstaculitza lʻextracció de coneixement dʻaquestes dades massives. És fonamental desenvolupar sistemes que permetin descobrir, accedir i combinar dades de manera eficient per maximitzar l‟aprofitament d‟aquestes infraestructures costoses.
Per abordar aquests problemes, sorgeix el projecte de l'Observatori Virtual, una iniciativa internacional que va començar l'any 2000 amb reunions clau als Estats Units i Alemanya. A Europa, la primera reunió va tenir lloc el gener del 2002 a l'Observatori d'Estrasburg.
Des de llavors, la xarxa d'observatoris virtuals ha crescut fins a incloure al voltant de 22 iniciatives a diferents països, coordinades per l'Aliança Internacional d'Observatoris Virtuals. Espanya es va unir a aquesta aliança el 2004, i el seu observatori virtual ha treballat en la gestió i difusió de dades astronòmiques.
L'Observatori Virtual Espanyol és responsable de l'administració d'arxius importants, com els de l'Observatori de Calar Alt i el Gran Telescopi Canàries, que és el telescopi òptic-infraroig més gran del món. Aquests fitxers estan oberts tant a la comunitat científica com al públic en general. També gestionen dades de telescopis robòtics i altres observatoris, facilitant l'accés i la integració d'informació a través de plataformes digitals.
L'avenç en eines d'anàlisi ha estat clau per aprofitar aquestes dades. Mètodes tradicionals són insuficients per manejar volums tan grans d'informació, per la qual cosa s'han desenvolupat noves eines, com ara BOSA. Aquesta eina permet analitzar llistes de milers d'objectes astronòmics, obtenir-ne la fotometria i realitzar ajustaments de models per derivar paràmetres com a temperatura, lluminositat i edat. Tasques que abans feia hores de treball manual ara es poden executar en minuts per a desenes de milers d'objectes.
Juntament amb eines pròpies, l'Observatori Virtual Espanyol també integra programari desenvolupat per altres grups, com Aladdin , un atles cartogràfic del cel, i Topcat , una eina per al maneig de taules de dades. Aquestes innovacions han revolucionat la recerca astronòmica, permetent l‟anàlisi de milions d‟objectes i obrint noves possibilitats en l‟estudi de l‟univers.
L'impacte de l'Observatori Virtual Espanyol és evident en la producció científica. El seu grup és líder mundial en l'aplicació de tècniques d'observatori virtual i es manté per sobre d'altres equips en termes de publicacions a revistes d'alt impacte.
A més a més de la seva contribució científica, l'Observatori Virtual també ha desenvolupat iniciatives educatives i de divulgació. Durant 20 anys, ha generat materials formatius dissenyats per facilitar l'aprenentatge de conceptes astronòmics mitjançant l'ús de dades reals. Aquests materials inclouen tutorials sobre la construcció de diagrames Hertzsprung -Russell amb dades de Gaia, el càlcul de distàncies extragalàctiques i la identificació de supernoves en grans projectes com ZTF i LSST, la determinació de si un objecte és una supernova o un altre tipus de transient , o el càlcul de el moviment propi de les estrelles. Alguns estels, com l'estrella de Barnard, es desplacen amb gran rapidesa. Aquests casos pràctics són molt útils per a l'ensenyament i l'avaluació en astronomia. Al llarg dels anys, l'experiència ens ha demostrat el seu valor als cursos de formació.
L´estudi del moviment propi comença amb la definició de conceptes bàsics. No només la Terra es mou; els estels també tenen el seu propi desplaçament. Tot i que aquest moviment és subtil en escales de temps humanes, si s'observa en períodes de dècades, es pot detectar. Per analitzar aquest fenomen, utilitzem eines com l'observatori virtual Aladin , seguint un mètode estructurat pas a pas, semblant a una recepta de cuina, per estimar el moviment de l'estrella de Barnard.
Una altra activitat fonamental és la realització de tallers i escoles especialitzades. L'any 2009 vam començar a organitzar aquestes iniciatives per difondre l'ús de l'observatori virtual. Des de llavors, hem dut a terme 24 esdeveniments a nivell nacional i 10 a nivell europeu, a més d'algunes col·laboracions amb la comunitat iberoamericana. També hem desenvolupat tallers específics per a astrònoms amateurs.
La pandèmia ens va portar a transformar les nostres escoles presencials en esdeveniments en línia. Abans del 2020, organitzavem aquestes trobades a Madrid o a diferents centres de recerca, cosa que facilitava el contacte personal. Tot i això, la transició a un format virtual ens va permetre arribar a moltes més persones en diverses ubicacions.
El 2021 vam realitzar la primera escola per a amateurs, seguida per una segona el 2023. En aquests esdeveniments, es van abordar tutorials avançats sobre eines clau de l'observatori virtual, com Aladin , Topcat i Bossa, a més d'arxius de dades astronòmiques com Sasdaba. L'última edició va quedar gravada íntegrament i està disponible al canal de YouTube de la FAE, a més d'altres tutorials al canal del Centre d'Astrobiologia.
Els primers tutorials van ser desenvolupats en espanyol, mentre que els més recents, de contingut més avançat, són en anglès. Tot i això, s'han dissenyat per ser accessibles, evitant salts abruptes a l'explicació i assegurant un aprenentatge progressiu.
Una altra de les nostres iniciatives ha estat el desenvolupament de fitxers astronòmics en col·laboració amb la comunitat amateur. Tot i que aquesta línia de treball ha tingut alts i baixos a causa de limitacions de personal, continua sent una eina valuosa.
Durant les nostres converses amb astrònoms amateurs, vam identificar que l'adquisició i la reducció de dades estava força desenvolupada, amb tècniques ben establertes per al processament fotomètric i espectroscòpic. Tot i això, la gestió i l'emmagatzematge de dades presentaven dificultats. Molts guardaven les seves dades en discs durs personals sense opcions de suport o accés compartit, cosa que posava en risc la preservació de la informació. Per abordar aquest problema, vam crear un portal de dades per a astronomia amateur dins la nostra pàgina web, on s'han recopilat diverses iniciatives i col·laboracions.
Un exemple n'és l'arxiu desenvolupat juntament amb l'Agrupació Astronòmica de Cartagena, dissenyat per emmagatzemar dades del telescopi de l'Observatori del Cel Profund, on hi havia un grup interessat en l'observació d'asteroides. Aquesta plataforma permet cercar objectes per dates i altres paràmetres, mostrant els resultats en una taula amb coordenades, tipus dobjecte i altres característiques. A més, les dades es poden visualitzar a Aladin, cosa que facilita la comparació amb observacions realitzades per telescopis professionals o satèl·lits.
Un caltres cas pràctic del sistema és la detecció d'asteroides (figura 5). Comparant imatges recents amb cartografiats previs, com el Sloan Digital Sky Survey , és possible identificar objectes que no eren presents en registres anteriors. Aquest mètode permet descobrir asteroides, fer astrometria i enviar dades al Centre de Planetes Menors per millorar la precisió de les seves òrbites.
Figura 5. Detecció d'asteroides
Un altre projecte destacat en l'àmbit dels arxius és Sasdaba, liderat per Tòfol Tobal en col·laboració amb astrònoms del Garraf. El seu objectiu és cartografiar el cel mitjançant espectroscòpia d'estrelles brillants, amb grups d'observació a Espanya, Austràlia i Brasil, cobrint els dos hemisferis. Fins avui, s'han recopilat més de 8.500 espectres.
Per gestionar aquestes dades, vam desenvolupar un arxiu integrat a l'observatori virtual, que permet accedir a informació detallada sobre els objectes, com ara coordenades, magnitud, tipus espectral i data d'observació. Inicialment, les dades s'emmagatzemaven en format AVI, però des del 2019-2020 s'ha adoptat el format FITS, més adequat per a l'anàlisi astronòmica.
Aquest projecte també inclou una plataforma de formació mitjançant Google Classroom , on s'imparteixen tutorials sobre observació espectroscòpica, reducció de dades i interpretació d'espectres. L'espectroscopia és una eina fonamental en astronomia, ja que permet conèixer la composició química, la velocitat de rotació, el moviment radial (corrent al vermell) i altres paràmetres físics dels objectes celestes.
La nostra tasca a Sasdaba se centra en la gestió i distribució de les dades, assegurant-ne l'accessibilitat a la comunitat. Amb aquestes iniciatives, busquem facilitar la feina d'astrònoms aficionats i professionals, promovent l'accés obert i la col·laboració a l'estudi de l'univers.
L'última pota de les nostres col·laboracions en aquests vint anys amb la comunitat amateur és en projectes de ciència, coneguts com a PROAM, que són col·laboracions entre professionals i amateurs. Aquí mostraré tres daquests projectes.
El primer va començar el 2010-2011 amb la gent del Garraf, en un estudi sobre sistemes de moviment propi comú. El que feien era prendre una placa de Palomar dels anys cinquanta i comparar-la amb una altra dels anys noranta. Un interval de quaranta anys és més que suficient perquè els objectes amb moviment ràpid es desplacin de manera notable. Així, mitjançant inspecció visual i amb imatges a RGB, es podien identificar els objectes que havien canviat de posició.
Figura 6. Projecte d'estrelles dobles del grup Garraf
El 2010 vam organitzar una escola a la Universitat de Barcelona, on van participar investigadors del Garraf. Allí vam discutir el projecte i com millorar-lo. Ells volien conservar la inspecció visual sense que una màquina identifiqués els objectes, per això vam dissenyar un petit programa per fer més eficient el procés de càrrega d'imatges, catàlegs i identificació d'objectes. Amb aquest script, l’usuari només havia de fer un clic per obtenir la imatge comparativa.
El procediment consistia a carregar la primera imatge, després la segona, crear la imatge RGB, i després, mitjançant inspecció visual, identificar els sistemes de moviment propi comú. Com a resultat d'aquest treball, centrat a la zona equatorial (aproximadament 20 graus), es van identificar gairebé 3.400 parells d'estrelles, les quals es van incorporar al catàleg WDS (Washington Double Star Catalog ) sota el codi GWP. Va ser una feina molt interessant, i la nostra col·laboració va consistir a desenvolupar una eina per fer més ràpid i eficient tot el procés.
El segon exemple de col·laboració és un article que vam publicar l'octubre de 2023, en el que ens centràvem en el que anomenem “estrelles dobles oblidades” o neglected. Aquestes són estrelles que només tenen una observació al WDS, moltes registrades fa més d'un segle, fins i tot a finals del segle XIX.
Ens vam plantejar el dubte: realment aquestes observacions són correctes? Si només tenim registres del 1890, podem confiar que aquesta companya segueix aquí, a l'angle i posició que indica el WDS? Amb la missió Gaia, ara tenim accés a una precisió astromètrica molt més gran, així que decidim revisar totes aquestes estrelles neglected –gairebé 20.000– i verificar la seva informació amb les dades de Gaia. Per això, vam dissenyar un script que carregava l'objecte registrat al WDS juntament amb la seva distància i angle, permetent verificar si realment hi havia una segona component.
Ens vam trobar amb casos en què la informació era correcta, amb els objectes mostrant moviments propis similars, cosa que confirmava la seva associació. Tot i això, també vam detectar casos en què la segona estrella no existia o estava en una posició completament errònia.
Tota aquesta informació la vam enviar al WDS per actualitzar el catàleg i corregir dades incorrectes. A més, realitzàvem un estudi astrofísic amb l'eina BOSA, analitzant la distribució de temperatures de les estrelles primàries i secundàries. Vam trobar que els estels primaris tenen temperatures al voltant de 6.000-7.000 Kelvin, mentre que les secundàries ronden els 3.000 Kelvin.
En alguns casos, l'ajust d'espectre indicava la presència de binàries no resoltes: en lloc d'un sol estel, la llum provenia de dues estrelles properes amb temperatures lleugerament diferents. Gràcies a això, vam generar una llista de binàries no resoltes, el comportament de les quals quedava reflectit al diagrama HR.
Una altra observació interessant va ser la de parells compostos per una estrella calenta i una estrella freda. Les estrelles M són especialment rellevants per a la recerca d'exoplanetes, però la caracterització és difícil a causa de la complexitat dels seus espectres. No obstant això, si l'estrella M forma part d'un sistema amb una estrella G, podem inferir-ne l'edat i la metal·licitat a partir de la component G, cosa que en facilita l'estudi. Així, vam identificar 75 parells d'aquest tipus, descrits a l'article publicat.
El tercer projecte és liderat per Miriam Cortés, de l'Observatori Virtual Espanyol, actualment a la Universitat Complutense de Madrid. El seu objectiu és identificar binàries de curta separació al centre galàctic.
Aquest estudi parteix d'un article publicat el 2023 on identifiquem estrelles M fredes en el pla galàctic mitjançant el cartografiat VVV. Només en un petit requadre d'aquest estudi es van trobar gairebé 8.000 estrelles M no catalogades.
A més, amb l'eina BOSA detectem certs excessos al flux d'algunes estrelles. En analitzar aquests casos, trobem dues possibles situacions:
- Excessos reals de flux a l'infraroig, que eren indicis genuïns de sistemes binaris.
- Excessos espuris causats per la superposició d'objectes en imatges preses en diferents èpoques i amb diferents resolucions espacials.
Per solucionar-ho, realitzem un treball d'inspecció visual, netejant la llista de candidates a binàries fins a obtenir un conjunt fiable de parells.
Finalment, vull esmentar un projecte de ciència ciutadana que portem endavant des del 2011 per identificar asteroides propers a la Terra. Això cobra especial rellevància amb la notícia recent de l'asteroide 2024 RY, la trajectòria de la qual ha activat protocols de seguretat a causa d'una probabilitat de l'1,5% de col·lisió el 2032.
Aquest projecte és obert a tothom i no requereix coneixements dastrofísica, només bon ull. A través d'una aplicació, els participants poden identificar quin objecte en una imatge és el que es mou, registrar-ne les coordenades i passar controls de qualitat. Després, la informació s'envia al Centre de Planetes Menors, cosa que ajuda a refinar les òrbites d'aquests asteroides.
Figura 7. Projecte de ciència ciutadana per detectar asteroides
Al llarg dels anys, hem comptat amb més de 4.000-5.000 usuaris que han fet centenars de milers de mesuraments, contribuint a millorar el coneixement sobre aquests objectes.
Per acabar, vull recalcar que l'Observatori Virtual no és només una eina interessant, sinó que té aplicacions pràctiques reals. Hem fet un esforç per apropar-lo a la comunitat mitjançant material didàctic, organització d'escoles, creació i manteniment de bases de dades, col·laboracions PROAM i projectes de ciència ciutadana.
Col·loqui
Això últim em recorda molt a zoouniverse
Sí, la idea és la mateixa, però el nostre sistema va néixer molt més complex.
Com resoleu el control de qualitat de les dades?
L'Observatori Virtual no és el policia de les dades que diu quines són bones i quines dolentes. Ho oferim tot però la clau és caracteritzar les incerteses (els errors). D'aquesta manera cadascú agafa les dades amb els errors que li interessin.