Em setembro de 2023, Vanya Agrawal, estudante do último ano da Palos Verdes High School, estava em busca de um projeto de pesquisa científica. “Me interesso por música desde muito jovem e, nos últimos anos, também me interessei por física e astronomia”, diz Agrawal. "Eu estava planejando seguir as duas disciplinas separadas, mas então comecei a me perguntar se poderia haver uma maneira de combinar as duas."

Insira a sonificação de dados. Assim como os pesquisadores projetam gráficos, diagramas ou gráficos de dispersão para criar um mapeamento visual de seus dados, eles também podem desenvolver um mapeamento de áudio de seus dados, renderizando-os como som. Em vez de desenhar um ponto (ou qualquer outro símbolo visual) para corresponder a um ponto de dados, eles registram um tom.

É verdade que isto é altamente incomum na investigação científica, mas já foi feito. Com a curiosidade despertada, Agrawal logo encontrou exemplos dessas sonificações. Por exemplo, em 1994, um pesquisador auditivo, Gregory Kramer, sonificou um conjunto de dados geossísmicos, resultando em detecções de erros de instrumentos, enquanto em 2014 o CEO e cofundador da Auralab Technologies, Robert Alexander, transformou um conjunto de dados espectrais em som e descobriu que os participantes puderam identificar consistentemente padrões de ondas simplesmente ouvindo.

Essas sonificações científicas fazem você querer sentar-se em uma sala de concertos e ser arrebatado pela música que elas criam? Bem, quando você vê um gráfico de dispersão de supernovas em uma revista de astrofísica, você pensa: "O que isso está fazendo em uma revista acadêmica? Ela pertence à parede de um museu!" Provavelmente não com frequência.

É aqui que entra o esforço artístico: representar a informação científica de formas que encantam os olhos ou os ouvidos. Este era o objetivo de Agrawal, usando um conjunto de dados astrofísicos para fazer música que pudesse atrair públicos não científicos e ajudá-los a envolver-se com novas descobertas sobre o universo.

Agrawal primeiro abordou o professor de astronomia Mansi Kasliwal (PhD '11), um amigo da família, para encontrar um conjunto de dados apropriado para sonificar. Ela foi rapidamente colocada em contato com Christoffer Fremling, um cientista que trabalha com a equipe do Zwicky Transient Facility (ZTF). Usando uma câmera de amplo campo de visão no Telescópio Samuel Oschin no Observatório Palomar da Caltech, a ZTF examina todo o céu visível do Hemisfério Norte a cada dois dias, se o tempo permitir, observando eventos dinâmicos no espaço.

Muitos dos eventos dinâmicos observados pela ZTF são supernovas, explosões de estrelas moribundas. No conjunto de dados que Agrawal recebeu de Fremling sobre observações de supernovas de março de 2018 a setembro de 2023, havia mais de 8.000 delas. Ela decidiu que cada detecção de supernova seria uma nota na música que ela estava compondo.

“Eu sabia que as coisas que poderia modificar na música eram quando a nota ocorria, sua duração, seu tom, seu volume e o instrumento que tocava a nota”, diz Agrawal. "Depois foi uma questão de observar os parâmetros medidos no conjunto de dados de observações de supernovas e decidir quais eram os mais significativos e como deveriam ser combinados com as características musicais."

Com a contribuição de Fremling, Agrawal decidiu que as cinco medições associadas às observações de supernovas que ela sonificaria seriam data de descoberta, luminosidade, desvio para o vermelho (uma mudança quantificável no comprimento de onda da luz indicando a distância da fonte de luz de nós), duração da explosão e supernova. tipo.

“A data de descoberta de uma supernova tem uma correlação óbvia com o momento em que a nota associada aparece na música”, diz Agrawal, “e corresponde à duração de uma supernova com a duração da nota e o tipo de supernova com o tipo de instrumento tocando a nota também fazia mais sentido." Quanto aos parâmetros restantes, Agrawal "oscilava para frente e para trás com redshift e luminosidade, o que combinaria com altura ou volume. Mas finalmente decidi ter a luminosidade correlacionada ao volume porque você pode pensar no volume como o equivalente auditivo ao brilho. Se algo emite uma luz fraca, é como um som baixo, mas se emite uma luz brilhante, isso se correlaciona com um som alto. Isso deixa o desvio para o vermelho ser traduzido em tom.

Depois que os parâmetros foram traduzidos, os valores do tom foram modificados para melhorar o som. O Redshift teve que ser condensado em uma faixa restrita de tons, de modo que o resultado ficasse na faixa mais audível para os ouvidos humanos.

O resultado inicial, segundo Agrawal, foi menos que eufônico. Fremling, que tentou estabelecer sons em relação a cada supernova, obteve o mesmo resultado: a música, disse ele, "não soava nada bem".

“Acho que não percebi quantas notas 8.000 realmente equivalem”, diz Agrawal. "Eu definitivamente imaginava que seria muito mais lento e mais espalhado, mas depois de converter os dados em som, ouvi como as notas estavam densamente compactadas."

Para conseguir uma textura mais esparsa, Agrawal diminuiu o andamento do arquivo de som, estendendo sua duração para cerca de 30 minutos, e então começou a manipular e aprimorar a musicalidade da peça. Para garantir que a música evocasse o espaço sideral, Agrawal arredondou os tons para se ajustar ao que é conhecido como modo aumentado Lídio, uma escala que começa com tons inteiros que, diz Agrawal, "parecem menos estabelecidos e enraizados do que as escalas maiores ou menores comuns. Isto se assemelha às escalas da música de ficção científica, então pensei que seria benéfico para representar a vastidão do espaço." Agrawal então adicionou uma trilha de percussão, uma trilha de acordes que harmonizou as notas dominantes no conjunto de dados e efeitos como o som do vento e vibração distorcida.

A composição de Agrawal já foi publicada no site da ZTF, juntamente com um pequeno vídeo de descobertas de supernovas que usa partes da composição de Agrawal como música de fundo. Mas a imaginação de Agrawal vai muito além da sua primeira composição: "Obviamente os parâmetros serão diferentes para cada conjunto de dados, mas este tipo de sonificação pode ser feito com qualquer conjunto de dados. E com os algoritmos certos, as sonificações podem ser criadas automaticamente e em tempo real. Estes as composições poderiam ser publicadas em serviços de streaming ou reproduzidas em planetários, ajudando as descobertas astrofísicas a alcançar públicos mais amplos."

Até que esses algoritmos apareçam, Fremling, Agrawal e o coordenador de divulgação da ZTF criaram os recursos e tutoriais necessários para permitir que qualquer pessoa sonifique os conjuntos de dados da ZTF. O objetivo é construir uma biblioteca de sonificações que possa ser oferecida a educadores, artistas, centros de envolvimento científico, profissionais de visualização astronômica e muito mais para melhorar e enriquecer a acessibilidade à ciência. Todos os recursos estão disponíveis.

É claro que novos dados surgirão para mudar a nossa perspectiva sobre as supernovas e, como consequência, as composições musicais que as apresentam também mudarão. “Apenas nos últimos dois anos descobrimos um novo tipo de supernova, embora as pessoas tenham estudado supernovas desde as décadas de 1940 e 1950”, diz Fremling. Agrawal precisará introduzir outro instrumento em sua orquestra. Além disso, os dados das supernovas podem ser interpretados de diferentes maneiras. Por exemplo, observa Fremling, "alguns tipos de supernovas são inerentemente sempre muito semelhantes em luminosidade absoluta. A única razão pela qual sua luminosidade varia no conjunto de dados - que Agrawal traduziu em volume em sua composição - é porque essas supernovas estão ocorrendo em distâncias diferentes de nosso observatório em Palomar."

Agrawal irá para a Universidade de Washington em St. Louis no outono de 2024, planejando dobrar a especialização em música e astrofísica.