Tekoäly mullistaa astrofysiikan: Glombitza murtaa kosmisen säteilyn pulmia!

Tekoäly mullistaa astrofysiikan: Glombitza murtaa kosmisen säteilyn pulmia!

Kosmisen säteen tutkimuksessa läpimurto voidaan saavuttaa tekoälyn (AI) soveltamisen ansiosta. Tri Jonas Glombitza Erlangen Center for Astroparticle Physics -keskuksesta (ECAP) on kehittänyt innovatiivisia tekniikoita tietojen analysointiin. Nämä osoittavat, että energisimmat hiukkaset, jotka saavuttavat Maan, ovat pääasiassa raskaita ytimiä, kuten typpi- tai rautaatomeja, eikä protoneja. Nämä havainnot ovat osa kattavaa tutkimusta, joka on tehty yhteistyössä maailman suurimman kosmisia säteitä tutkivan observatorion, Pierre Augerin observatorion kanssa Argentiinassa.

Glombitza aloitti koneoppimistyökalujen ohjelmoinnin hiukkassuihkujen analysointiin RWTH Aachenin yliopistossa vuonna 2017. Sen jälkeen kun hän muutti FAU:hun vuonna 2022, hän on jatkanut työskentelyä näiden tekniikoiden jalostamiseksi. Vuonna 2025 hänelle myönnettiin ETI Award, yliopiston lahjakkuuksien edistämisohjelma, joka on tunnustus hänen merkittävästä panoksestaan ​​astrofysiikassa. Hän kuitenkin sanoo, että termi "tekoäly" määritellään usein eri tavalla ja hän on haluton käyttämään sitä.

Pierre Augerin observatorio

The Pierre Augerin observatorio on suurin kosmisten säteiden tutkimuslaitos, jonka pinta-ala on 3000 km². Laitos sisältää 27 kaukoputkea ja 1 660 pintailmaisinta vesisäiliöissä. Havainnot keskittyvät fluoresoivaan valon emissioon, joka syntyy ilmasuihkuista, jotka syntyvät primäärihiukkasten vuorovaikutuksessa Maan ilmakehän kanssa.

Teleskoopit toimivat kuitenkin vain optimaalisissa olosuhteissa, kuten kirkkaassa, kuuttomassa säässä, mikä rajoittaa tiedonkeruuta. Näistä haasteista huolimatta AI-avusteisella analyysillä voidaan rekonstruoida hiukkasten jakautumiskuvioita pintailmaisimista ja arvioida primäärihiukkasten massa. Tämä tekniikka mahdollistaa noin 60 000 hiukkassuihkun arvioinnin suhteellisen lyhyessä ajassa - tehtävä, joka olisi vaatinut noin 150 vuotta perinteisiä teleskooppihavaintoja ilman tekoälyä.

Kosmisen säteen haasteet

Kosmiset säteet, joita kuvataan Auringon, Linnunradan ja kaukaisten galaksien korkeaenergiseksi hiukkassäteilyksi, koostuvat pääasiassa protoneista, elektroneista ja ionisoiduista atomeista. Jokainen primäärihiukkanen luo hiukkasuihkun, joka voi vapauttaa jopa 10^11 toissijaista hiukkasta. Maan ilmakehässä noin 1000 hiukkasta neliömetriä kohden osuu ulkokerrokseen joka päivä.

Fysiikan keskeinen mysteeri koskee korkeaenergisten hiukkasten alkuperää, joiden energia on yli 10^20 eV. Näitä hiukkasia esiintyy erittäin harvoin, noin yksi hiukkanen neliökilometriä kohden vuosisadassa, ja niiden tutkiminen vaatii suuria ilmaisintiloja, kuten Pierre Augerin observatorio. Yli 250 tutkijaa 17 maasta työskentelee näiden haasteiden parissa osana Pierre Auger -yhteistyötä.

Perustutkimusaiheiden lisäksi tutkitaan myös ilmaisimen AugerPrime-päivitystä, joka yhdistää erilaisia ​​hiukkasilmaisimia, mukaan lukien optiset fluoresenssiteleskoopit ja radioantennit. Mitatut tiedot voivat auttaa ratkaisemaan kosmisia säteitä ympäröiviä mysteereitä, mutta myös tutkia niiden vaikutuksia säteilyaltistukseen erityisesti lentomatkoilla.

Kaiken kaikkiaan nykyinen kehitys tekoälyn soveltamisessa astrohiukkasfysiikkaan kuvaa valtavia mahdollisuuksia, joita syntyy modernin teknologian ja klassisen fysiikan symbioosista. Tämän alueen poikkeuksellisella edistyksellä voi olla kauaskantoisia seurauksia ymmärryksemme kosmisista säteistä ja niiden alkuperästä.