Η τεχνητή νοημοσύνη φέρνει επανάσταση στην αστροφυσική: Η Glombitza σπάει παζλ κοσμικής ακτινοβολίας!

Η τεχνητή νοημοσύνη φέρνει επανάσταση στην αστροφυσική: Η Glombitza σπάει παζλ κοσμικής ακτινοβολίας!

Μια σημαντική ανακάλυψη στην έρευνα για τις κοσμικές ακτίνες θα μπορούσε να επιτευχθεί χάρη στην εφαρμογή της τεχνητής νοημοσύνης (AI). Ο Δρ Jonas Glombitza από το Κέντρο Αστροσωματιδίων του Erlangen για τη Φυσική των Αστροσωματιδίων (ECAP) έχει αναπτύξει καινοτόμες τεχνικές για την ανάλυση δεδομένων. Αυτά δείχνουν ότι τα πιο ενεργητικά σωματίδια που φτάνουν στη Γη είναι κυρίως βαρείς πυρήνες όπως άτομα αζώτου ή σιδήρου και όχι πρωτόνια. Αυτά τα ευρήματα αποτελούν μέρος μιας ολοκληρωμένης μελέτης που πραγματοποιήθηκε σε συνεργασία με το μεγαλύτερο παρατηρητήριο στον κόσμο για τη μελέτη των κοσμικών ακτίνων, το Παρατηρητήριο Pierre Auger στην Αργεντινή.

Ο Glombitza ξεκίνησε να προγραμματίζει εργαλεία μηχανικής εκμάθησης για την ανάλυση ντους σωματιδίων στο Πανεπιστήμιο RWTH του Άαχεν το 2017. Από τότε που μετακόμισε στο FAU το 2022, συνέχισε να εργάζεται για τη βελτίωση αυτών των τεχνικών. Το 2025 του απονεμήθηκε το ETI Award, ένα πανεπιστημιακό πρόγραμμα προώθησης ταλέντων, αναγνωρίζοντας τη σημαντική συνεισφορά του στην αστροφυσική. Ωστόσο, λέει ότι ο όρος «τεχνητή νοημοσύνη» συχνά ορίζεται διαφορετικά και είναι απρόθυμος να τον χρησιμοποιήσει.

Το Παρατηρητήριο Pierre Auger

Ο Παρατηρητήριο Pierre Auger είναι η μεγαλύτερη εγκατάσταση για έρευνα στις κοσμικές ακτίνες με έκταση 3.000 km². Η εγκατάσταση περιλαμβάνει 27 τηλεσκόπια και 1.660 ανιχνευτές επιφάνειας που βρίσκονται σε δεξαμενές νερού. Οι παρατηρήσεις επικεντρώνονται στην εκπομπή φωτός φθορισμού που παράγεται από τα ντους αέρα που δημιουργούνται όταν τα πρωτεύοντα σωματίδια αλληλεπιδρούν με την ατμόσφαιρα της Γης.

Ωστόσο, τα τηλεσκόπια λειτουργούν μόνο υπό βέλτιστες συνθήκες, όπως ο καθαρός καιρός χωρίς φεγγάρι, ο οποίος περιορίζει τη συλλογή δεδομένων. Παρά αυτές τις προκλήσεις, η ανάλυση με τη βοήθεια τεχνητής νοημοσύνης μπορεί να ανακατασκευάσει τα μοτίβα κατανομής των σωματιδίων από τους επιφανειακούς ανιχνευτές και να εκτιμήσει τη μάζα των πρωτογενών σωματιδίων. Αυτή η τεχνολογία επιτρέπει την αξιολόγηση περίπου 60.000 βροχών σωματιδίων σε σχετικά σύντομο χρονικό διάστημα - μια εργασία που θα απαιτούσε περίπου 150 χρόνια παραδοσιακών τηλεσκοπικών παρατηρήσεων χωρίς AI.

Προκλήσεις των κοσμικών ακτίνων

Οι κοσμικές ακτίνες, που περιγράφονται ως σωματιδιακή ακτινοβολία υψηλής ενέργειας από τον Ήλιο, τον Γαλαξία και τους μακρινούς γαλαξίες, αποτελούνται κυρίως από πρωτόνια, ηλεκτρόνια και ιονισμένα άτομα. Κάθε πρωτεύον σωματίδιο δημιουργεί ένα ντους σωματιδίων που μπορεί να απελευθερώσει έως και 10^11 δευτερεύοντα σωματίδια. Στην ατμόσφαιρα της Γης, περίπου 1.000 σωματίδια ανά τετραγωνικό μέτρο χτυπούν το εξωτερικό στρώμα κάθε μέρα.

Ένα κεντρικό μυστήριο στη φυσική αφορά την προέλευση των σωματιδίων υψηλής ενέργειας, τα οποία έχουν ενέργειες πάνω από 10^20 eV. Αυτά τα σωματίδια εμφανίζονται εξαιρετικά σπάνια, περίπου ένα σωματίδιο ανά τετραγωνικό χιλιόμετρο ανά αιώνα, και η μελέτη τους απαιτεί μεγάλες εγκαταστάσεις ανιχνευτών όπως το Παρατηρητήριο Pierre Auger. Πάνω από 250 επιστήμονες από 17 χώρες εργάζονται πάνω σε αυτές τις προκλήσεις ως μέρος της συνεργασίας Pierre Auger.

Εκτός από τα θεμελιώδη ερευνητικά θέματα, διερευνάται επίσης η αναβάθμιση του ανιχνευτή AugerPrime, ο οποίος συνδυάζει διαφορετικούς τύπους ανιχνευτών σωματιδίων, συμπεριλαμβανομένων των τηλεσκοπίων οπτικού φθορισμού και των κεραιών ραδιοφώνου. Τα δεδομένα που μετρήθηκαν όχι μόνο θα μπορούσαν να βοηθήσουν στην επίλυση των μυστηρίων που περιβάλλουν τις κοσμικές ακτίνες, αλλά και στη μελέτη των επιπτώσεών τους στην έκθεση στην ακτινοβολία, ιδιαίτερα για τους ανθρώπους που ταξιδεύουν με αεροπλάνο.

Συνολικά, οι τρέχουσες εξελίξεις στην εφαρμογή της τεχνητής νοημοσύνης στην αστροσωματιδιακή φυσική καταδεικνύουν τις τεράστιες δυνατότητες που προκύπτουν από τη συμβίωση μεταξύ της σύγχρονης τεχνολογίας και της κλασικής φυσικής. Η εξαιρετική πρόοδος σε αυτόν τον τομέα θα μπορούσε να έχει εκτεταμένες επιπτώσεις στην κατανόησή μας για τις κοσμικές ακτίνες και την προέλευσή τους.