Una señal de televisión inesperada da lugar a un nuevo método para filtrar frecuencias de radio no deseadas

Los astrónomos que examinaban los datos del radiotelescopio Murchison Widefield Array, situado en Australia Occidental, se encontraron con un misterio inesperado.

El telescopio, que consta de 4.096 antenas con forma de araña diseñadas para detectar señales de ondas de radio de hace más de 13.000 millones de años, parecía haber tropezado con algo mucho más local: una emisión de televisión.

Esto resultó desconcertante, dado que el telescopio está situado en una zona designada como zona de silencio radioeléctrico, donde el gobierno australiano regula los niveles de señal de todos los equipos de radiocomunicación (incluidos los transmisores de televisión, los dispositivos Bluetooth, los teléfonos móviles y otros) para minimizar las interferencias con los telescopios de la zona. Aún más desconcertante, la señal de televisión se extendía por el cielo.

«Entonces nos dimos cuenta», dijo Jonathan Pober, físico de la Universidad de Brown y responsable de la investigación estadounidense del proyecto Murchison Widefield Array. «Dijimos: ‘Apuesto a que la señal se refleja en un avión’. «Habíamos estado viendo estas señales durante casi cinco años, y varias personas habían sugerido que eran aviones que reflejaban emisiones de televisión. Nos dimos cuenta de que, por una vez, podríamos confirmar esta teoría».

Para ello, Pober reclutó a Jade Ducharme, estudiante de doctorado de Brown, para que realizara un trabajo de investigación astronómica. Los hallazgos de ambos, publicados en Publications of the Astronomical Society of Australia, no solo respaldaron la hipótesis del avión, sino que también han proporcionado a los astrónomos un nuevo método para identificar y filtrar frecuencias de radio no deseadas, un objetivo que se vuelve cada vez más importante a medida que los cielos de la Tierra se vuelven más ruidosos con el despliegue de más satélites.

«La astronomía se enfrenta a una crisis existencial», dijo Pober. «Existe una creciente preocupación, e incluso algunos informes, de que los astrónomos pronto no podrán realizar observaciones de radio de alta calidad, como las conocemos, debido a la interferencia de las constelaciones de satélites. Esto es particularmente desafiante para telescopios como el Murchison Widefield Array, que observa todo el cielo simultáneamente. No hay forma de apuntar nuestros telescopios lejos de los satélites».

Tradicionalmente, cuando se detectan señales no deseadas, conocidas como interferencias de radiofrecuencia (RFI), en los datos de un radiotelescopio, esos datos se descartan por estar contaminados. Esto se debe a que estas señales son impredecibles y, sin un modelo claro de su origen, es casi imposible eliminarlas de los datos, explicó Ducharme.

«Al final, se eliminan cantidades insanas de datos para que ninguna parte de la observación se contamine», dijo Ducharme.

Para Ducharme y Pober, el nuevo estudio tenía como objetivo sentar las bases para ayudar a resolver este enorme problema mediante el desarrollo de un nuevo método para rastrear las RFI de los objetos cercanos. Para ello, la pareja combinó dos técnicas de seguimiento existentes que se utilizan en el campo.

La primera, conocida como corrección de campo cercano, ajusta el telescopio para enfocar objetos más cercanos a la Tierra, que normalmente causan interferencias. Los telescopios están diseñados para mirar profundamente en el espacio, pero las correcciones de campo cercano les permiten rastrear objetos cercanos con mayor precisión. La segunda técnica, la formación de haces, agudiza el enfoque de un objeto al crear un «haz» más preciso que señala de dónde proviene la interferencia: en este caso, rebotando en un avión.

Al combinar los dos métodos, los investigadores rastrearon el avión y analizaron cómo las ondas de radio reflejadas se curvaban en su superficie. Eso les permitió calcular que el avión volaba a unos 38.400 pies y se movía aproximadamente a 492 millas por hora. También descubrieron que la señal RFI que rebotó en el avión provenía de una banda de frecuencia asociada con el Canal 7 de televisión digital australiano.

El equipo no pudo identificar el vuelo específico debido a que los registros de vuelo estaban incompletos y estaban disponibles públicamente, pero Pober dijo que la exitosa combinación de las dos técnicas abre nuevas puertas para el campo de la radioastronomía.

«Este es un paso clave para hacer posible la eliminación de las interferencias de origen humano de los datos», dijo. «Al identificar y eliminar con precisión sólo las fuentes de interferencia, los astrónomos pueden preservar más de sus observaciones, reducir la frustrante pérdida de datos y aumentar las posibilidades de hacer descubrimientos importantes».

Los próximos pasos del proyecto implican tratar de eliminar realmente las señales de RFI transmitidas de los datos que analizaron para que sigan siendo útiles para el equipo de MWA. Los científicos esperan luego perfeccionar el método aún más y extenderlo para filtrar las interferencias de los satélites y otros objetos espaciales. Los investigadores señalan, sin embargo, que si bien la técnica funcionó bien para rastrear aviones, su aplicación a otras fuentes de interferencia, como los satélites, será más desafiante.

El estudio también destaca la rapidez con la que está creciendo el problema de la RFI. Según la Oficina de las Naciones Unidas para Asuntos del Espacio Ultraterrestre, en junio de 2023 había 11.330 satélites orbitando la Tierra, un aumento de casi el 40% con respecto a enero de 2022.

Se espera que este auge de los satélites se amplíe en las próximas décadas, lo que supone un gran desafío para la capacidad de la radioastronomía para estudiar fenómenos como los agujeros negros, la formación de galaxias y los orígenes del universo. Los líderes científicos ya han tomado algunas medidas. Por ejemplo, desde 2019, el Observatorio Nacional de Radioastronomía de la Fundación Nacional de Ciencias y SpaceX han estado trabajando juntos para desarrollar sistemas de intercambio de datos en tiempo real para tratar de minimizar la interferencia de los satélites con las observaciones de los telescopios.

Aun así, el debate continúa sobre si cualquier acción será suficiente, ya que el mundo está cada vez más lleno de señales artificiales. Algunos, como Pober, se preguntan si la mejor manera de proceder es escapar del ruido yendo más allá de él y construyendo radiotelescopios en lugares como la Luna.

«Si no podemos encontrar un cielo tranquilo en la Tierra, tal vez la Tierra no sea el lugar para estar», dijo Pober. «No importa lo que hagamos, no tenemos otra opción que invertir en mejores técnicas de análisis de datos para identificar y eliminar la interferencia generada por los humanos».

Con información de Astronomical Society of Australia