Con información de la UNAM
• Para lograrlo, el equipo internacional encabezado por Joel Sánchez Bermúdez, del IA de la UNAM, utilizó inteligencia artificial y el telescopio James Webb
• El novedoso enfoque de este trabajo también recurre a redes neuronales para reconstruir imágenes de Ío en alta fidelidad
Un equipo internacional de científicos, encabezado por Joel Sánchez Bermúdez, investigador del Instituto de Astronomía (IA) de la UNAM, identificó y caracterizó siete volcanes activos en la luna de Júpiter llamada Ío, el cuerpo con más actividad volcánica en todo el Sistema Solar.
El científico universitario colaboró en este trabajo con investigadores de la University of California Berkeley, el Space Telescope Science Institute, el California Institute of Technology (los tres de Estados Unidos), el Large Binocular Telescope Observatory (proyecto conjunto de Alemania, Italia y Estados Unidos), y el Royal Institute of Technology (de Suecia).
Ío es la tercera luna más grande de Júpiter, con un diámetro de 3,600 kilómetros. Su intensa actividad se debe, principalmente, a que su movimiento de traslación alrededor de dicho planeta se encuentra en resonancia con otras de sus lunas.
Para observar con gran detalle la superficie volcánica de Ío, se utilizó el Telescopio James Webb (JWST) y una técnica innovadora de interferometría, método de medición que aplica el fenómeno de la interferencia de las ondas de luz, radio o sonido para cuantificar distancias, desplazamientos o vibraciones, entre otras características.
La novedosa técnica se llama “interferometría con enmascaramiento de apertura”. Fue necesario crear y trabajar con esta técnica porque la superficie de Ío cambia constantemente, y la comunidad astronómica requiere herramientas de altísima resolución para entender mejor su dinámica y las erupciones que la transforman.
“El James Webb es un telescopio espacial de espejos segmentados. El diámetro total de todos los espejos juntos es de 6.5 metros. Es el telescopio infrarrojo más grande que se ha lanzado al espacio y es la primera vez que un telescopio espacial está equipado con la capacidad de hacer interferometría”, explicó Sánchez Bermúdez.
El experto en esta técnica agregó que la interferometría consiste en hacer pasar la luz por al menos dos áreas colectoras, de los siete puntos colectores que tiene el James Webb.
“Cuando la luz pasa a través de estos puntos, llegan al detector del instrumento las ondas que proceden de cada uno de ellos e interfieren unas con otras, formando un patrón de interferencia, mismo que se puede analizar y caracterizar. Así es posible recuperar la morfología del objeto que se está observando en el cielo”, detalló.
Para que el James Webb pueda funcionar en modo interferométrico, se tapa la pupila del telescopio con una máscara de aluminio que tiene siete agujeros pequeños. Cada uno es un punto colector de luz y, una vez que esta pasa a través de ellos de manera simultánea, interfiere en el detector. Es la primera vez que un instrumento en el espacio tiene este modo de observación.
“El telescopio espacial es muy sensible y hay muchos objetos en el Universo que son relativamente brillantes y pueden saturar el detector. Cuando lo hacen es prácticamente imposible obtener información del objeto. Al usar esta máscara tapamos una buena parte de la pupila, evitamos que el objeto sature y lo podemos mirar. Así recuperamos la información del brillo del objeto, a través del patrón de interferencia”, explicó.
Dijo que una de las grandes ventajas de esta máscara es que la resolución efectiva que tiene un telescopio unitario es proporcional a la longitud de onda en la cual se está detectando e inversamente proporcional al tamaño del telescopio. “Es decir, si queremos ver detalles más pequeños en los objetos, necesitamos telescopios más grandes. Sin embargo, con esta máscara somos capaces de duplicar la resolución que tiene el JWST y podemos recuperar de mejor manera la morfología del objeto”.
Redes neuronales
En esta investigación emplearon también redes neuronales que se entrenan para reconocer los patrones principales que componen una imagen. Las aplicaron para recuperar la estructura de Ío, a través de un proceso denominado “deconvolución”. Esta técnica no se ha ocupado antes en este tipo de datos, y fue creada por Sánchez Bermúdez y sus colegas.
Contemplar a Ío es muy complicado porque su tamaño es prácticamente igual que el campo de visión del interferómetro. Por eso, los métodos tradicionales de reconstrucción de imagen no se podían aprovechar e inventaron uno nuevo, mediante redes neuronales para poder reconstruir la imagen de la superficie de esta luna.
Al combinar observaciones reales con las técnicas de simulación y análisis avanzado, lograron identificar y caracterizar, con gran claridad, siete volcanes activos en Ío, sus puntos calientes y sus erupciones. También descubrieron detalles sobre el tamaño de otras estructuras en la superficie, como regiones de emisión volcánica y posibles depósitos de dióxido de azufre.
Estos resultados confirmaron la precisión de la nueva técnica al coincidir con las realizadas desde telescopios terrestres de ocho metros de diámetro. “Nos dimos cuenta de que las imágenes que obtuvimos son muy fiables porque, un mes antes y un mes después de que observamos con el telescopio espacial se observó también a Ío desde Tierra con el telescopio Keck: los volcanes eran consistentes en ambos telescopios”, indicó.
Este trabajo demuestra que el JWST, combinado con técnicas avanzadas, puede obtener imágenes mucho más nítidas de cuerpos activos en el Sistema Solar, abriendo la posibilidad de monitorear, de forma continua y detallada, la intensa actividad volcánica de Ío. Además, brinda nuevas herramientas para comprender mejor la dinámica geológica de otros objetos dentro del Sistema Solar y la física de otros cuerpos celestes como el choque de los vientos en estrellas masivas, o para detectar estrellas en formación o exoplanetas.
Esta avanzada tecnología espacial y los últimos desarrollos tecnológicos en procesamiento de imágenes permiten visualizar de cerca un satélite tan extremo y fascinante como Ío, con cientos de volcanes en erupción constante. Además, ayuda a imaginar cómo funcionan otros lugares del Universo, mostrándonos paisajes dinámicos y sorprendentes más allá de la Tierra.
“Es probable que futuras misiones espaciales se hagan con interferómetros y no con telescopios unitarios como el James Webb. Esto es bastante novedoso; hacer interferometría en el espacio nos da ventajas que no tenemos haciendo observaciones desde la Tierra”, concluyó Sánchez Bermúdez.
Créditos a la UNAM
