Investigación sobre materia oscura, abierta al público.
La mayor parte de la materia del universo no se puede ver. LARC la cartografía a través de la luz de cuásares lejanos, y esta experiencia permite al público seguir esa evidencia por sí mismo.
LARC, la Lyman-Alpha Forest Research Collaboration, es una colaboración de cosmología entre USC, UC Riverside y Carnegie Science Observatories, financiada por una beca de la Templeton Foundation. Estudia el bosque Lyman-alpha: las líneas de absorción que el hidrógeno entre galaxias deja en la luz de cuásares lejanos. Esas líneas cartografían el gas a lo largo de cada línea de visión y, con él, la materia oscura que decide dónde puede acumularse el gas.
La Dark Matter Interactive Experience acerca esa investigación al público. Se está construyendo para la pantalla de gran formato de Carnegie Science Observatories en Pasadena, que la muestra en 3D estereoscópico: un visitante con gafas 3D ve el universo en profundidad. El visitante viaja como la luz que salió de un cuásar hace unos doce mil millones de años, camino de la Tierra, y observa cómo el hidrógeno que atraviesa escribe el bosque Lyman-alpha en su espectro.
Su valor para el público
La materia oscura es una de las ideas científicas más difíciles de explicar a un público general. La evidencia es indirecta, se lee en la luz y el gas, y una imagen que parece convincente puede engañar con facilidad. El texto, las imágenes fijas y los diagramas se quedan cortos ante algo que solo se conoce por lo que hace a las cosas que sí se pueden ver. Aquí los visitantes actúan sobre ella y observan el efecto, en un observatorio público, con cada decisión visual revisada por los científicos que la estudian.
La forma en que está hecha la experiencia está pensada para trasladarse a otros proyectos, como modelo de trabajo para juegos serios y simulaciones sobre cosas que la gente no puede ver directamente. Lo que se traslada se explica en Investigación.
Diseñar la experiencia como un juego.
Diseñé toda la experiencia como un juego interactivo. Construyo la generación procedural de los universos simulados, y la simulación y visualización de cómo la materia oscura da forma al gas intergaláctico y al espectro Lyman-alpha. Dirigí las pruebas de juego y rediseñé la introducción a partir de lo que mostraron. También coordino entre los científicos y los diseñadores, dirijo las reuniones del proyecto y preparo material de avance para el equipo de investigación y la Templeton Foundation.
El desarrollo es un trabajo de equipo en USC, supervisado por Sean Bouchard y Martzi Campos en la USC School of Cinematic Arts. La ciencia, y la revisión de cada decisión visual, viene de los investigadores de LARC. La astrofísica y el programa de investigación de LARC no son míos.
Lo que estudio aquí es cómo hacer comprensible una causa invisible a través del juego: qué se le permite cambiar al visitante y cuándo se le entrega el control.
De la física precalculada a un muro curvo en 3D.
La experiencia se ejecuta en Unity en el muro de pantallas del VizLab y se juega con un mando. La ciencia que es costosa de calcular se prepara antes de que la experiencia se ejecute y se reproduce mientras el visitante viaja.
El viaje
El visitante viaja como luz por una sola ruta: se aleja del cuásar, atraviesa nubes de hidrógeno y la red cósmica, pasa junto a una galaxia, entra en la Vía Láctea y el sistema solar y baja hasta la Tierra. Cada etapa es una escena propia, y una puerta al final de cada una da paso a la siguiente. Un único script controla el momento de cada cambio, de modo que el mundo, el cielo, la velocidad y el espectro cambian en el mismo fotograma, mientras un movimiento de cámara cubre la vista.
- Cuásar
- Nubes de hidrógeno
- Red cósmica
- Una galaxia
- Vía Láctea
- Sistema solar
- Tierra
Arrastra la luz desde el cuásar hacia la Tierra.
Longitudes de onda más cortasLyman-alphaLongitudes de onda más largas
El espectro
En la pantalla, el visitante lleva consigo el espectro de la luz. Sigue la luz de un cuásar desde su emisión hasta la Tierra, situado a la distancia de un cuásar usado en una figura clásica del bosque Lyman-alpha. La física se calcula de antemano, a partir de la cosmología estándar y de la absorción de hidrógeno medida, y se reproduce mientras el visitante viaja. El pico de emisión se desliza hacia longitudes de onda más largas a medida que el espacio estira la luz, y cada nube de hidrógeno recorta una línea en él. Las nubes individuales se generan, y su absorción media coincide con las mediciones. En la Tierra, el espectro se asienta en la figura conocida. Trabajé en el sistema del espectro con el equipo.
Gas y materia oscura
La red cósmica se dibuja con sistemas de partículas y gas volumétrico, y resolví cómo llevar a Unity volúmenes de gas hechos en Houdini. La materia oscura se mantiene como una capa propia, separada de las galaxias y del gas, para que el visitante pueda hacerla visible y modificarla.
La pantalla
El muro de pantallas del VizLab tiene 35 pantallas, siete filas de cinco, que se curvan verticalmente unos 124 grados, desde el suelo frente al visitante hasta casi por encima de la cabeza. Funciona en 3D estereoscópico mediante getReal3D para Unity, de modo que un visitante con gafas 3D ve el gas, las galaxias y la trayectoria de la luz en profundidad. El texto dimensionado para una pantalla plana se estira sobre esa curva. La fila a la altura de los ojos queda casi vertical, así que el texto permanente va ahí, y todo lo demás vive en la escena. El visitante mira alrededor de la luz mientras una cámara la sigue por detrás.
Mostrar una causa invisible.
El diseño se apoya en un hecho de la ciencia: la materia oscura se conoce únicamente por lo que hace a las cosas que sí se pueden ver. Los visitantes la encuentran primero a través de sus efectos, el gas que reúne y las líneas que ese gas deja en la luz, antes de que se les muestre o se les dé control sobre ella. La experiencia también tiene que mantenerse científicamente fundamentada y a la vez ser clara para un visitante sin formación en el tema. Estas dos exigencias tiran en direcciones opuestas en casi cada decisión de diseño, así que las resuelvo directamente con los científicos.
La prueba de juego
En mayo de 2026 hicimos la primera prueba de juego en el laboratorio con 20 participantes, comparando dos versiones, A y B, con un cuestionario y métricas dentro del juego. Reservé las sesiones, escribí el cuestionario y añadí las métricas a la versión.
- Participantes
- 20
- Versiones comparadas
- A y B
- No entendieron del todo el control de la materia oscura
- 12 de 20
La ciencia de la pieza era correcta. El problema era el orden: a los visitantes se les entregaba el control antes de saber qué representaba. Las notas de las sesiones también muestran textos emergentes que pasaban demasiado rápido para leerlos, un gráfico del bosque Lyman-alpha que la mayoría no sabía leer, confusión con la cámara y la dirección del viaje, y demasiadas ideas nuevas a la vez: cuásar, año luz, Lyman-alpha, materia oscura. Lo que más disfrutó la gente fue jugar libremente con la cámara.
El rediseño
La introducción se reconstruyó en torno a causa y efecto. Empieza antes de que la luz salga del cuásar y recorre una cadena paso a paso. La estructura invisible se plantea como una pregunta abierta antes de entregar al visitante el control de la materia oscura.
Control de la materia oscura
Un interruptor, entregado pronto
Un deslizador, entregado después de la pregunta
Movimiento
Un joystick de movimiento y una cámara libre
Solo mirar, con una cámara que sigue la luz
El viaje
Incluía lentes gravitacionales
Lentes eliminadas, tras los comentarios de los científicos
El orden revisado aún no se ha probado con jugadores. Se está revisando con los científicos, y la próxima prueba de juego lo pondrá a prueba.
Un modelo para otros juegos serios
El proyecto es también un modelo de trabajo para juegos serios y simulaciones sobre cosas que la gente no puede observar directamente. Lo que se traslada es la forma en que está hecho.
Ciencia preparada con los científicos
Lo que es costoso de calcular se resuelve de antemano a partir de datos publicados, y los científicos revisan cada decisión visual.
La pregunta antes del control
El juego plantea la pregunta que un control responde antes de entregar ese control.
Pruebas de juego que comprueban la comprensión
Las sesiones miden si los visitantes entendieron lo que cambiaron, además de si lo disfrutaron.
Simplificaciones que se declaran
Donde la imagen se aparta de la física, la decisión se toma con los científicos y se declara.
La versión actual.
Capturas de la versión actual en Unity.
Una instalación pública en Pasadena.
La versión llegó a alfa en octubre de 2026 y se está refinando mediante revisiones periódicas con los científicos.
El objetivo mayor es una instalación pública en la pantalla de Carnegie Science Observatories en Pasadena que acerque la investigación de LARC sobre materia oscura a un público amplio, con un juego web que lleve el mismo material más allá del recinto. El equipo también está haciendo interactivos más pequeños para colocar junto a ella, como una galaxia cuya materia oscura se puede activar y desactivar, y una versión en RV está en conversación como paso posterior.
Resultados previstos
- Una instalación interactiva pública en la pantalla de Carnegie Science Observatories en Pasadena.
- Un juego web que extiende el mismo material más allá del recinto.
- Un artículo sobre cómo traducir la simulación cosmológica a una experiencia interactiva pública, en preparación.
Apéndice técnico: el espectro, la pantalla y la restricción científica
El espectro, con más detalle
El cuásar está situado en el corrimiento al rojo 3.62, el de Q1422+2309, así que la luz salió de él hace unos 12 mil millones de años, menos de dos mil millones de años después del Big Bang. La luz se sigue paso a paso en el editor: emitida con un espectro típico de cuásar, estirada por la expansión del espacio usando la cosmología de Planck 2018, y absorbida por el hidrógeno a lo largo del camino a la tasa media medida para cada corrimiento al rojo. Cada paso se almacena, y durante la experiencia la pantalla solo lee el paso almacenado para el momento actual. Algunos de los datos de entrada aún se están comprobando contra los artículos de los que proceden.
Tiempo real en un muro curvo
El gran formato cambia la ingeniería. La tasa de relleno pasa a ser la restricción principal, ya que cada fotograma se dibuja una vez por cada ojo; un movimiento que resulta cómodo en un portátil puede provocar náuseas a escala, y un texto dimensionado para un monitor no se puede leer desde donde están los visitantes. El gas volumétrico es costoso, así que solo se dibuja un cúmulo como volumen a la vez, y las nubes lejanas se dibujan como imágenes planas.
Precisión científica
Los científicos revisan cada decisión visual. Los riesgos típicos son escalas de color que sugieren una cantidad que no existe, densidades de partículas elegidas por legibilidad en lugar de por el modelo, y una compresión del tiempo que hace que la formación de estructuras parezca más rápida que cualquier proceso físico. Gran parte del trabajo consiste en decidir qué simplificaciones son aceptables, y decirlo donde se hacen.