Umělá inteligence přináší revoluci do astrofyziky: Glombitza rozluští hádanky týkající se kosmického záření!

Umělá inteligence přináší revoluci do astrofyziky: Glombitza rozluští hádanky týkající se kosmického záření!

Průlom ve výzkumu kosmického záření by mohl být dosažen díky aplikaci umělé inteligence (AI). Dr. Jonas Glombitza z Erlangen Center for Astroparticle Physics (ECAP) vyvinul inovativní techniky pro analýzu dat. Ty ukazují, že nejvíce energetické částice, které dosáhnou Země, jsou převážně těžká jádra, jako jsou atomy dusíku nebo železa, spíše než protony. Tato zjištění jsou součástí komplexní studie provedené ve spolupráci s největší světovou observatoří pro studium kosmického záření, Observatoří Pierra Augera v Argentině.

Glombitza začal programovat nástroje strojového učení pro analýzu sprch částic na RWTH Aachen University v roce 2017. Od přechodu na FAU v roce 2022 pokračoval v práci na zdokonalování těchto technik. V roce 2025 mu byla udělena cena ETI, univerzitní program na podporu talentů, který oceňuje jeho významný přínos astrofyzice. Říká však, že pojem „umělá inteligence“ je často definován jinak a zdráhá se jej používat.

Observatoř Pierra Augera

The Observatoř Pierra Augera je největší zařízení pro výzkum kosmického záření o rozloze 3000 km². Zařízení zahrnuje 27 dalekohledů a 1 660 povrchových detektorů umístěných ve vodních nádržích. Pozorování se zaměřují na emisi fluorescenčního světla generovaného vzduchovými sprchami, které vznikají při interakci primárních částic se zemskou atmosférou.

Dalekohledy však fungují pouze za optimálních podmínek, jako je jasné počasí bez měsíce, což omezuje sběr dat. Navzdory těmto problémům může analýza s pomocí AI rekonstruovat distribuční vzory částic z povrchových detektorů a odhadnout hmotnost primárních částic. Tato technologie umožňuje vyhodnocení přibližně 60 000 spršek částic během relativně krátké doby – úkol, který by bez umělé inteligence vyžadoval přibližně 150 let tradičních teleskopických pozorování.

Výzvy kosmického záření

Kosmické záření, popisované jako vysokoenergetické záření částic ze Slunce, Mléčné dráhy a vzdálených galaxií, sestává především z protonů, elektronů a ionizovaných atomů. Každá primární částice vytváří spršku částic, která může uvolnit až 10^11 sekundárních částic. V zemské atmosféře zasáhne vnější vrstvu každý den kolem 1000 částic na metr čtvereční.

Ústřední záhada ve fyzice se týká původu vysokoenergetických částic, které mají energie vyšší než 10^20 eV. Tyto částice se vyskytují extrémně zřídka, asi jedna částice na kilometr čtvereční za století, a jejich studium vyžaduje velká detektorová zařízení, jako je Observatoř Pierra Augera. Více než 250 vědců ze 17 zemí pracuje na těchto výzvách v rámci Pierre Auger Collaboration.

Kromě základních výzkumných témat se také zkoumá upgrade AugerPrime detektoru, který kombinuje různé typy částicových detektorů, včetně optických fluorescenčních dalekohledů a rádiových antén. Naměřená data by mohla nejen pomoci vyřešit záhady kolem kosmického záření, ale také studovat jejich vliv na radiační zátěž, zejména u lidí cestujících letadlem.

Současný vývoj v aplikaci umělé inteligence v astročásticové fyzice celkově ilustruje obrovské možnosti, které plynou ze symbiózy mezi moderní technologií a klasickou fyzikou. Mimořádný pokrok v této oblasti by mohl mít dalekosáhlé důsledky pro naše chápání kosmického záření a jeho původu.