Faltam buracos negros no Universo antigo

Os computadores andam atrás deles

Conceção artística de um buraco negro

Conceção artística de um buraco negro

S. Dagnello (NRAO/AUI/NSF)

Num artigo publicado na revista científica Astronomy & Astrophysics, uma equipa internacional liderada por Rodrigo Carvajal, do Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço e da Ciências ULisboa, e que inclui dez investigadores do IA, apresenta um método de aprendizagem automática (machine learning) que reconhece galáxias superluminosas no início do Universo, isto é, galáxias que se pensa serem dominadas pela atividade de um buraco negro central devorador. Segundo os autores, este será o primeiro algoritmo que prevê quando esta atividade emite também um intenso sinal nas frequências rádio. As emissões no rádio são, em geral, distintas da restante luz da galáxia, e por vezes é difícil associá-las. Esta técnica de inteligência artificial permitirá aos astrónomos serem mais eficazes na procura das chamadas radiogaláxias. 

Os próximos rastreios do céu com telescópios nas frequências rádio irão captar milhões de galáxias nos primórdios do Universo, mas só ferramentas automáticas, como o algoritmo criado por uma equipa liderada pelo Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço (IA), conseguirão ler esse dilúvio de dados e encontrar as galáxias com buracos negros massivos no seu centro.

Galáxias a perder de vista preenchem as imagens do Universo profundo. Que processos determinaram as suas formas, cores e populações de estrelas? Os astrónomos pensam que buracos negros primordiais foram os motores do crescimento e transformação das galáxias, e que podem explicar a paisagem cósmica que vemos na atualidade. 

O algoritmo, desenvolvido com a colaboração da empresa Closer, que atua no sector de soluções tecnológicas em ciência de dados, foi treinado com imagens de galáxias em vários comprimentos de onda da luz. Quando testado com outras imagens, mostrou-se capaz de prever quatro vezes mais radiogaláxias do que os métodos convencionais com instruções explícitas. Como a aprendizagem automática desenvolve os seus próprios algoritmos, tentar compreender o seu sucesso pode ajudar a esclarecer os fenómenos físicos que estavam a acontecer nestas galáxias, 1,5 mil milhões de anos após o Big Bang, ou seja, quando o Universo tinha um décimo da idade atual.

“Temos de encontrar mais galáxias ativas no céu, porque há previsões de que deveriam existir muitas mais no começo da história do Universo. Com as observações atuais não temos esse número”, diz Rodrigo Carvajal. Segundo este investigador, mais observações são necessárias para verificar se o entendimento atual sobre a evolução das galáxias ativas está correto ou tem de ser modificado.

“Também é importante a análise dos próprios modelos de machine learning e perceber o que está a acontecer dentro deles", acrescenta Rodrigo Carvajal. Quais são as propriedades mais relevantes para a decisão, questiona o cientista. "Queremos saber se a propriedade mais importante para o modelo ter afirmado que é uma galáxia ativa é a luz que a galáxia emite no infravermelho, possivelmente indicativa de uma rápida formação de novas estrelas. Com isso conseguimos criar uma nova lei para distinguir entre o que é uma galáxia normal e uma galáxia ativa", exemplifica.

Scripta manent. O que se escreve, fica, permanece.
National Geographic e Sapo

O peso relativo das características das galáxias na decisão tomada pelo computador pode apontar para o que está na origem da sua intensa atividade, em particular na banda rádio. Num estudo em preparação, Rodrigo Carvajal está a explorar as implicações desta aparente dependência entre a emissão no rádio e a formação de estrelas. Israel Matute, do IA e Ciências ULisboa, e segundo autor do artigo, esclarece: “Estes modelos são ferramentas matemáticas que nos ajudam a olhar na direção certa quando a complexidade dos dados aumenta. Este trabalho pode fornecer indícios dos processos que refrearam a formação de novas estrelas na segunda metade da história do Universo.” 

Talvez as galáxias ativas aparentemente em falta no Universo primordial se encontrem nos milhões de dados que os modernos radiotelescópios irão produzir nos próximos anos. Futuros rastreios de extensas regiões do céu revelarão milhares de milhões de galáxias. Um exemplo é o Evolutionary Map of the Universe (EMU), que mapeará todo o hemisfério celeste sul com o radiotelescópio ASKAP, na Austrália. A equipa liderada pelo IA está já a trabalhar com os dados de um projeto piloto deste rastreio. Uma vez aperfeiçoadas, estas ferramentas serão cruciais para processar a quantidade astronómica de dados que o futuro observatório Square Kilometre Array (SKAO) irá produzir. Portugal é membro do consórcio deste observatório, que já se encontra em construção . 

“Numa época em que a Astronomia vai aceder a vastas quantidades de dados, é cada vez mais importante o desenvolvimento de técnicas avançadas para o seu processamento e análise”, diz  José Afonso, do IA Ciências ULisboa e coautor do artigo. “No IA estamos a desenvolver e a implementar estas técnicas, para conseguir decifrar a origem das galáxias e dos buracos negros supermassivos que muitas albergam”, conclui. 

A ideia da colaboração da empresa Closer com o IA partiu da coautora do artigo Helena Cruz, doutorada em Física e cientista de dados nesta empresa. O seu envolvimento foi fundamental para analisar e tratar os impactos das incertezas e inconsistências entre os diferentes dados – provenientes de vários telescópios e planos de observação – utilizados no treino do algoritmo de aprendizagem automática. 

“Apercebi-me que a Astronomia é uma área com grandes oportunidades para exploração e desenvolvimento de modelos de machine learning, e fez-me sentido aplicar os meus conhecimentos profissionais a esta área”, diz Helena Cruz. “Partilhei este interesse com a Closer e ambas as partes mostraram imediatamente vontade nesta colaboração, que vejo como uma continuação do meu trabalho na empresa”, refere. 

“A Closer vive do conhecimento dos seus colaboradores, é esse o seu capital”, acrescenta João Pires da Cruz, cofundador da Closer, professor e investigador, acrescentando que “quanto mais desafiantes e sofisticados do ponto de vista científico forem os projetos em que os nossos colaboradores se envolverem, maior será o capital da empresa. Teremos colaboradores capazes de resolver problemas dos nossos clientes que são semelhantes ao problema do sinal das galáxias distantes”.

 

 

 

Grupo de Comunicação de Ciência do IA com Gabinete de Jornalismo da DCI Ciências ULisboa
info.ciencias@ciencias.ulisboa.pt
4 pessoas em frente de uma tela de apresentação

No âmbito da UC “Voluntariado Curricular”, realizaram-se no passado dia 19 de janeiro as apresentações dos projetos dos alunos. Esta UC promove a formação e o desenvolvimento pessoal dos estudantes, sensibilizando-os para as temáticas da solidariedade, tolerância, compromisso, justiça e responsabilidade social.

Henrique Leitão e José María Moreno

Henrique Leitão e José María Moreno Madrid, investigadores do Centro Interuniversitário de História das Ciências e da Tecnologia (CIUHCT) ​​​​​​ganham (em ex-aequo) o prémio Almirante Teixeira da Mota pelo seu livro "Desenhando a Porta do Pacífico. Mapas, Cartas e Outras Representações Visuais do Estreito de Magalhães".

instrumento matemático

Está patente na Fundação Caixa Agrícola Costa Azul, em Santiago do Cacém, “O Cálculo de Ontem e de Hoje”, uma exposição didática concebida pelo Departamento de Matemática da Ciências ULisboa e pelo Museu Nacional de História Natural e da Ciência, em parceria com o Centro de Ciência Viva do Lousal.

alimentos

O programa da Antena 1 intitulado “Os desafios da alimentação sustentável”, que contou com a colaboração da ULisboa, Universidade Nova de Lisboa e Universidade do Algarve, foi lançado a 6 de fevereiro. Envolvido neste projeto esteve Bruno Pinto, investigador do Centro de Ciências do Mar e do Ambiente, polo da Ciências ULisboa.

Maria Manuel Torres

Maria Manuel Torres, professora do DM Ciências ULisboa, é a protagonista do quinto vídeo do projeto “Porquês com Ciência” sobre Matemática e Sustentabilidade.

pessoas numa exposição

A iniciativa “Café Ciências” está de regresso, após uma pausa forçada devido à pandemia. As sessões terão lugar às quartas-feiras, pelas 17h30, na Galeria Ciências, promovendo olhares cruzados sobre a exposição “A Porta do Pacífico: Uma viagem cartográfica pelo Estreito de Magalhães”.

Marta Panão no estudio FCCN

Marta Panão, professora do Departamento de Engenharia Geográfica, Geofísica e Energia da Ciências ULisboa, é a protagonista do quarto vídeo do projeto “Porquês com Ciência”, disponível no YouTube da Faculdade. A pergunta “Como pensar a energia nos edifícios do futuro?” está diretamente relacionada com a licenciatura em Engenharia da Energia e Ambiente.

fotografia dos dois premiados

Dois estudantes da Ciências ULisboa receberam, em 2022, Bolsas de Investigação para Doutoramento Maria de Sousa, atribuídas pela Fundação para a Ciência e Tecnologia, em colaboração com a Agência de Investigação Clínica e Inovação Biomédica.

Conceção artística de um buraco negro

Uma equipa internacional, da qual faz parte José Afonso, investigador no Departamento de Física da Faculdade e no Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço, lançou a hipótese de que os buracos negros poderão ter a resposta para a expansão acelerada do Universo.

vários jovens numa foto de grupo

Leonor Gonçalves, estudante do 1º. ano do mestrado em Estatística e Investigação Operacional, fala sobre a sua missão e partilha a experiência enquanto embaixadora das Carreiras na União Europeia (UE), deixando um apelo aos estudantes da Ciências ULisboa com interesse e dúvidas sobre as carreiras da UE, para que entrem em contacto com ela.

mesa com computador, caneca de café e bloco de notas

A Sociedade Portuguesa de Autores atribuiu o Prémio de Jornalismo Cultural deste ano à jornalista Teresa Firmino, editora da secção de Ciência do jornal Público, e membro do Conselho de Escola da Ciências ULisboa.

frente da reitoria da ULisboa

Entrevista a James McAllister, filósofo e professor no Institute for Philosophy, na Universidade de Leiden, na Holanda, que estará a trabalhar na Faculdade durante este ano letivo como investigador visitante.

imagem do Perserverance em Marte

Carlos Mão de Ferro, estudante do doutoramento em Informática, relata a sua experiência de estágio na NASA, na Califórnia, EUA. O estudante está a participar num projeto cujo objetivo é lançar pequenos robots na superfície de Marte, a partir de um rover principal, formando uma rede de sensores inteligente, com o intuito de estudar a existência de água no planeta.

Carlos Castro a receber a nomeação

Carlos Nieto de Castro, professor catedrático jubilado do Departamento de Química e Bioquímica e investigador no Centro de Química Estrutural (CQE), foi eleito Fellow da International Association for Advanced Materials (IAAM), como reconhecimento pela sua contribuição na área da Termofísica de fluidos e materiais com aplicações energéticas. É o segundo investigador português a obter esta distinção.

tubarão-martelo

Novo estudo recentemente publicado na revista Frontiers in Marine Science, desenvolvido por investigadores portugueses e cabo-verdianos, revela zona de berçário de tubarões na baía de Sal Rei, na ilha da Boa Vista, em Cabo Verde. Albergando juvenis de várias espécies ameaçadas, incluindo o icónico tubarão-martelo, trata-se de uma região única no Atlântico Este.

vistas da tibia, dinossauro e silueta humana

Trabalhos de investigação na jazida de Lo Hueco, Cuenca, em Espanha permitiram identificar restos fósseis de um dinossáurio carnívoro, com aproximadamente 75-70 milhões de anos, estreitamente relacionado ao grupo dos velocirraptorinos.

Galopim de Carvalho e Marcelo Rebelo de Sousa

O Presidente da República Marcelo Rebelo de Sousa, condecorou, em cerimónia no Palácio de Belém no passado dia 31 de janeiro, o professor catedrático jubilado António Galopim de Carvalho com as insígnias de Grande-Oficial da Ordem da Instrução Pública, ordem honorífica que reconhece a dedicação à causa da educação e do ensino.

mapa, com desenho de um dinossauro e vertebras caudais

Foi publicado recentemente na revista internacional Historical Biology um novo estudo sobre a diversidade dos dinossáurios saurópodes do Maastrichtiano da antiga ilha de Hațeg, que corresponde atualmente ao atual território da Roménia. O estudo foi liderado pelo paleontólogo Pedro Mocho, investigador no DG Ciências ULisboa, no Instituto Dom Luiz (IDL), e no Dinosaur Institute do Natural History Museum of Los Angeles County, na Califórnia.

Michele Vendruscolo, Ehud Gazit e Kresten Lindorff-Larsen

A propósito do arranque do projeto europeu TWIN2PIPSA, irá decorrer na Ciências ULisboa, entre os dias 1 e 3 de fevereiro de 2023, uma série de conferências plenárias, abertas a toda a comunidade académica, proferidas por especialistas das universidades parceiras do projeto: Michele Vendruscolo, da Universidade de Cambridge; Ehud Gazit, da Universidade de Tel Aviv; e Kresten Lindorff-Larsen, da Universidade de Copenhaga.

Artigo em homenagem ao professor do Departamento de Educação da Ciências ULisboa, Eduardo Veloso, falecido em dezembro de 2022, da autoria de Suzana Nápoles, professora aposentada do DM Ciências ULisboa.

Ana Marta de Matos

Novo artigo da autoria de Ana Marta de Matos, investigadora do Centro de Química Estrutural, do Institute of Molecular Sciences, sobre o potencial terapêutico dos antibióticos à base de açúcares, foi publicado a 24 de janeiro, na 4.ª edição da revista European Journal of Organic Chemistry, uma publicação dedicada à Química Orgânica. O artigo foi destacado na capa da revista.

Tarantula Nebula

Dois investigadores da Ciências ULisboa integram a nova direção da Sociedade Portuguesa de Astronomia, que tomou posse a 1 de janeiro.

espaço da exposição

Entrevista a José María Moreno Madrid, curador da exposição “A Porta do Pacífico: Uma viagem cartográfica pelo Estreito de Magalhães”, inaugurada no dia 3 de novembro de 2022. A exposição constitui uma mostra cartográfica sobre a construção da imagem do Estreito de Magalhães nos inícios da Idade Moderna. Pode ser visitada até junho de 2023, na Galeria de Ciências (Edifício C4).

Margarida Amaral

Margarida Amaral, professora do Departamento de Química e Bioquímica da Faculdade e investigadora principal do grupo de investigação em Fibrose Quística, no BioISI, integra o Conselho de Acompanhamento Científico da Emiliy’s Entourage.

David Moreno, Vicente Miguel e Pedro Gil

A Fundação Calouste Gulbenkian atribuiu Bolsas Gulbenkian Novos Talentos a três estudantes de mérito da Ciências ULisboa das áreas de Matemática, Física e Biologia. David Moreno, Pedro Gil e Vicente Miguel vão participar no desenvolvimento de um projeto de investigação ao longo de um ano.

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