Hoe we astrofysica gebruiken om aardse problemen te bestuderen

Om een systeem zo complex als het gehele universum te bestuderen, moeten astrofysici experten zijn in het afleiden van eenvoudige oplossingen uit grote datasets. Wat kunnen ze nog doen met deze expertise? In een interdisciplinaire talk legt TED-staflid en astrofysicus Federica Bianco uit hoe ze astrofysische data-analyse gebruikt om stedelijke en sociale problemen op te lossen -- evenals stellaire mysteries.

Ik ben een astrofysica.

Ik onderzoek ontploffende sterren
in het universum.

Maar ik heb een zwakte:

ik ben rusteloos en ik verveel me snel.

Hoewel ik als astrofysica
de geweldige kans heb

om het hele universum te onderzoeken,

geeft de gedachte om altijd
en uitsluitend datzelfde te doen,

me een benauwd en beknot gevoel.

Wat echter als mijn probleem
met concentratie en verveling

geen zwakte hoeft te zijn?

Wat als ik dit kan veranderen
in een voordeel?

Een astrofysicus kan niet
in aanraking komen

met dat wat ze bestudeert.

Het waarom of hoe van een supernova
kunnen we niet in een lab bekijken.

We hebben enkel foto's
en video's van de lucht.

Alles wat we weten over het universum,

van de Oerknal
die ruimte en tijd creëerde,

tot de vorming en evolutie
van sterren en sterrenstelsels,

tot de structuur
van ons eigen zonnestelsel,

hebben we ontdekt door foto's
van de lucht te bekijken.

Om een systeem zo complex
als het gehele universum te bestuderen,

zijn astrofysici experten in het afleiden
van eenvoudige modellen en oplossingen

uit grote en complexe datasets.

Wat kan ik nog doen met deze expertise?

Wat als we de camera op onszelf richten?

Dat is exact wat we doen
in het Urban Observatory.

Greg Dobler, ook een astrofysicus

en mijn echtgenoot,

begon het eerste stedelijke observatorium
in New York University in 2013.

Ik begon er in 2015.

Dit zijn enkele dingen die we doen.

We nemen 's nachts foto's van de stad

en bestuderen stadslichten zoals sterren.

Via temporele lichtverandering
en de kleur van astronomische lichten

verwerf ik inzicht in de aard
van ontploffende sterren.

Als we dit doen met stadsverlichting,

kunnen we weten hoeveel energie
de stad nodig heeft en verbruikt

om een flexibel rooster te bouwen

dat de noden van groeiende stadsomgevingen
zal kunnen ondersteunen.

In foto's die overdag gemaakt worden,
zien we pluimen van pollutie.

Vijfenzeventig procent
van de broeikasgassen in New York City

komt van een gebouw zoals dit,
dat olie verbrandt voor de warmte.

Je kan vervuiling meten
met luchtkwaliteitssensoren.

Beeld je echter in dat je een sensor zet
op elk gebouw in New York City,

zodat je data inleest
van een miljoen monitoren.

Denk aan de kosten.

Met een team van NYU-studenten
bouwden we een wiskundig model,

een neuraal netwerk dat deze pluimen
kan detecteren en volgen

over de skyline van New York.

We kunnen ze classificeren --

onschadelijke stoompluimen,
wit en vergankelijk;

vervuilende schoorstenen,
donker en hardnekkig --

en voor beleidsmakers
de buurtvervuiling in kaart brengen.

Dit interdisciplinaire project
creëerde transformationele oplossingen.

De methodologieën
van data-analyse in de astrofysica

zijn echter van nut voor allerhande data,

niet enkel voor beelden.

In Californië hielpen we
een officier van justitie

de vertraging van rechtsvervolging
in zijn jurisdictie te begrijpen.

Mensen zijn voorwaardelijk vrij
of zitten opgesloten

en moeten hun proces soms jaren afwachten.

Ze wilden weten welke zaken
bleven aanslepen

en ze hadden een enorme dataset
om hiervoor te bestuderen,

maar ze misten de expertise
en de instrumenten in hun kantoor

om dit te kunnen.

Daar konden wij bij helpen.

Ik werkte met mijn collega,
professor in publiek beleid Angela Hawken,

en ons team creëerde eerst
een visueel dashboard

opdat justitieofficieren
het vervolgingsproces beter konden vatten.

Wijzelf analyseerden ook hun data

om te kijken of de duur van het proces
beïnvloed werd door sociale ongelijkheden

in hun jurisdictie.

Hiervoor hebben we methoden

waarmee ik duizenden sterrenexplosies
geclassificeerd heb,

toegepast op duizenden rechtszaken.

Op deze manier maakten we een model
voor andere jurisdicties

die hun vooroordelen willen onderzoeken.

Deze samenwerkingen
tussen domeinexperten en astrofysici

creëerden transformationele oplossingen

om de levenskwaliteit
van mensen te verbeteren.

Het werkt ook omgekeerd.

Ik pas mijn astrofysica-kennis toe
op urbane wetenschap

en neem wat ik daar leer,
weer mee naar de astrofysica.

Licht weergalmt:

de weerspiegeling van ontploffende sterren
in interstellair stof.

Op onze beelden zien we die reflecties
als wit, vergankelijk, bewegend,

net zoals pluimen.

Dus pas ik de modellen aan
die pluimen in stadsbeelden detecteren,

zodat ze lichtecho's opvangen
in beelden van de lucht.

Door de dingen te onderzoeken
die me interesseren en opwinden,

en buiten mijn domein te reiken,

heb ik mijn rusteloosheid
omgevormd tot een voordeel.

Wij, jullie, hebben allen een unieke kijk
die nieuw inzicht kan genereren

en tot nieuwe, onverwachte,
transformationele oplossingen kan leiden.

Bedankt.

(Applaus)