Señal a Ruido

Teniendo acceso a todo, ¿cómo podemos distinguir entre lo importante y lo insignificante? En el mundo de hoy, esta propia misión es una utopía…

Ésa es la introducción que utilizó Peter Gabriel antes de interpretar ‘Signal To Noise‘ (del álbum ‘Up’ del 2002) durante su visita a Argentina el 2009 (el concierto quedó registrado en el álbum en vivo ‘Encore Tour’). Más allá de mi fanatismo por Peter Gabriel dentro y fuera de Genesis, rescato esta canción porque “signal to noise” (señal a ruido) es un concepto muy usado en Astronomía. La canción de Peter no tiene necesariamente un mensaje astronómico (pueden ver la letra traducida aquí), sin embargo, sí tiene un potente mensaje que quiero rescatar en esta columna. Pero primero veamos qué significa “señal a ruido”.

Imágenes Imperfectas

La Astronomía funciona mirando al cielo para buscar tanto imágenes como espectros. Para el caso de imágenes, montamos gigantes telescopios como los que existen en el norte de Chile para observar una pequeña región del cielo en el que se encuentra el objeto que queremos mirar (una estrella, una galaxia, un cúmulo, etc.). En esta era moderna ya no se necesita ponerle un ocular al telescopio para mirar directamente, sino que la luz que llega es capturada en unas placas electrónicas llamadas CCDs (charged-coupled device). Las CCDs se encuentran también en las cámaras fotográficas, de hecho, éste es un ejemplo de tecnología desarrollada a partir de la Astronomía (¿ven que sí sirve invertir en Ciencia?). La luz proveniente del espacio llega a los distintos “cuadritos” que componen la CCD (píxeles), pudiendo recrear luego la imagen obtenida.

Parece simple, pero no lo es tanto. Los píxeles que componen la CCD no son perfectos, y se da que algunos son más sensibles a la luz que otros. Así, mientras un píxel absorbe 3 fotones desde una fuente específica, otro fotón puede absorber 5 desde la misma fuente. Este problema se debe simplemente a la incapacidad de hacer dos píxeles exactamente iguales (nada es perfecto en esta vida). Como consecuencia, la imagen astronómica resultante no será perfecta, sino que presentará zonas con “manchas” más o menos luminosas, similares a las presentadas aquí:

ruido_ree1

¿Imagen de muchas estrellas con poca resolución? No, simplemente una imagen de ruido: regiones que recogen más o menos fotones dependiendo de la sensibilidad del píxel.

A todo este conjunto de imperfecciones en la imagen se le llama “ruido”, simplemente porque es algo visible que no queremos ver (así como los sonidos horribles que no queremos escuchar). El ruido entonces, estorba y nos juega malas pasadas: en la imagen que mostramos aquí aparecen ciertas regiones más “luminosas” que podrían hacernos creer que son estrellas. O bien, puede “ocultar” una fuente luminosa real, impidiéndonos detectarla.

Así, el ruido confunde a los observadores, y necesitamos saber cuándo una fuente observada real, y cuándo es sólo ruido. Para el caso de estrellas cercanas, éstas son tan luminosas que se distinguen claramente, pero para cuerpos muy distantes la luz que nos llega es tan tenue que es una tarea difícil. A modo de ejemplo, observe las imágenes de abajo. Las tres muestran una fuente (estrella) con un fondo negro (el cual es ruidoso).

La fuente es claramente distinguible en la primera imagen, mientras que en la última es apenas perceptible. ¿Por qué pasa eso? El ruido es el mismo, lo único que cambia es la intensidad de la estrellas (debo aclarar que estas imágenes no son reales, sino que fueron hechas por computador para fines ilustrativos): en la primera la fuente es tan intensa que opaca al ruido, mientras que en la última es tan opaca que se camufla con el ruido. Esto es lo que llamamos señal: la intensidad de luz recibida por la fuente que queremos observar. De aquí se obtiene un valor numérico que nos dice qué tan buena es una imagen astronómica y se calcula simplemente dividiendo el valor de la señal S por el ruido N: la famosa “señal a ruido” S/N. La señal a ruido nos permite evaluar la calidad de una imagen astronómica: si S/N es muy alto, la imagen es muy buena y cualquier punto luminoso en ella es sin dudas una fuente real. Si, por el contrario, S/N es muy bajo es más difícil detectar las fuentes reales; diremos que tenemos una imagen “ruidosa”.

Con espectros sucede lo mismo, ¿cómo podemos reconocer una línea espectral real del ruido?

Figure3

¿En qué caso es más fácil identificar las líneas espectrales?

Bueno, ahora ya sabemos qué es la “señal a ruido” en Astronomía. ¿Y qué tiene que ver esto con la canción ‘Signal To Noise’?

‘To turn up the signal, wipe out the noise…’
(para encender la señal, apagar el ruido)

Sucede que, tal como bien lo dice Peter antes de iniciar la canción, S/N nos permite precisamente distinguir lo importante de lo insignificante. En una imagen astronómica tenemos una gran cantidad de información, ¿cómo saber cuál es útil y cuál no? En Astronomía nos las podemos ingeniar, estableciendo algún criterio lógico (como el valor de S/N). Pero en nuestra vida cotidiana no es tan simple. ¿En qué caso enfrentamos situaciones con señal y ruido? Todo el tiempo: por ejemplo, cuando nos bombardean con demasiada información. A menudo usted encontrará en medios de comunicación que le informan sobre algún hecho importante (un apagón, los resultados de una elección, las decisiones que toma una autoridad, etc.), seguida de un montón de noticias irrelevantes y engañosas (horóscopo, farándula, recetas mágicas de sanación, etc.). En internet, el acceso a la información es tan amplio que muchas veces ésta nos confunde y no sabemos qué cosas son relevantes y cuáles no (además de no saber si se trata de información cierta o no, como todos los bulos que circulan). Y no sólo pasa en medios de comunicación, sino en nuestra propia forma de relacionarnos. ¿Qué es más importante al momento de elegir a una persona para algún cargo, su aspecto físico o su currículum? ¿Hace mejor a un deportista lo que haga fuera de la cancha? Y así, ejemplos abundan. El ruido distorsiona nuestra visión sobre distintas cosas, de la misma forma en que lo hace con las imágenes astronómicas.

¿Cómo hacer la distinción entre lo que realmente es relevante? No es una pregunta fácil, y depende del criterio de cada persona (lo que es importante para mí quizá no lo es para usted, o viceversa). No es mi intención decirle qué cosas deben ser importante para ustedes. Escribí esta columna para invitarlos a hacerse la reflexión al momento de recibir información de todo tipo. ¿Es esto algo que vale la pena retener (señal), o merece desecharse (ruido)? La clave del pensamiento crítico es precisamente el estar cuestionando constantemente nuestro entorno, por lo que aumentar nuestra “señal a ruido” es un gran paso. Aunque Peter piense que esta misión es una utopía, al menos podemos hacer el intento para ir cada día aumentando nuestro S/N.

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7 comentarios en “Señal a Ruido

  1. Pingback: La violenta muerte de estrellas supermasivas

  2. Te descubrí hace ya algunas semanas a través de tu charla (muy amena e interesante,gracias) con Ricardo,de “Astronomía y algo más”.Estoy leyendo tus artículos poco a poco( según mi tiempo) y me gustan mucho;nunca te dejé comentario alguno porque no suelo hacerlo ,pero quiero animarte a seguir y agradecerte tu labor.Saludos desde el norte de España..

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