AI revolucionira astrofiziku: Glombitza rješava zagonetke kozmičkog zračenja!

AI revolucionira astrofiziku: Glombitza rješava zagonetke kozmičkog zračenja!

Proboj u istraživanju kozmičkih zraka mogao bi se postići zahvaljujući primjeni umjetne inteligencije (AI). Dr. Jonas Glombitza iz Erlangen centra za astrofiziku čestica (ECAP) razvio je inovativne tehnike za analizu podataka. Oni pokazuju da su čestice s najvećom energijom koje dospiju do Zemlje uglavnom teške jezgre poput atoma dušika ili željeza, a ne protoni. Ova otkrića dio su opsežne studije provedene u suradnji s najvećim svjetskim opservatorijem za proučavanje kozmičkih zraka, Pierre Auger Observatorijem u Argentini.

Glombitza je počeo programirati alate za strojno učenje za analizu kiše čestica na Sveučilištu RWTH Aachen 2017. Otkako je 2022. prešao na FAU, nastavio je raditi na usavršavanju ovih tehnika. Godine 2025. dodijeljena mu je nagrada ETI, sveučilišni program za promicanje talenata, kao priznanje za njegov značajan doprinos astrofizici. No, kaže da se pojam “umjetna inteligencija” često drugačije definira i nerado ga koristi.

Zvjezdarnica Pierre Auger

The Zvjezdarnica Pierre Auger najveće je postrojenje za istraživanje kozmičkih zraka s površinom od 3000 km². Postrojenje uključuje 27 teleskopa i 1660 površinskih detektora smještenih u spremnicima za vodu. Promatranja su usmjerena na emisiju fluorescentne svjetlosti koju stvaraju pljuskovi zraka koji nastaju kada primarne čestice komuniciraju sa Zemljinom atmosferom.

Međutim, teleskopi rade samo u optimalnim uvjetima, kao što je vedro vrijeme bez mjeseca, što ograničava prikupljanje podataka. Unatoč tim izazovima, analiza potpomognuta umjetnom inteligencijom može rekonstruirati obrasce raspodjele čestica iz površinskih detektora i procijeniti masu primarnih čestica. Ova tehnologija omogućuje procjenu oko 60.000 kiša čestica u relativno kratkom vremenskom razdoblju - zadatak koji bi zahtijevao oko 150 godina tradicionalnih teleskopskih promatranja bez umjetne inteligencije.

Izazovi kozmičkih zraka

Kozmičke zrake, opisane kao visokoenergetsko zračenje čestica Sunca, Mliječne staze i udaljenih galaksija, sastoje se prvenstveno od protona, elektrona i ioniziranih atoma. Svaka primarna čestica stvara kišu čestica koja može osloboditi do 10^11 sekundarnih čestica. U Zemljinoj atmosferi oko 1000 čestica po četvornom metru svaki dan udari u vanjski sloj.

Središnji misterij u fizici tiče se podrijetla visokoenergetskih čestica, koje imaju energije iznad 10^20 eV. Te se čestice pojavljuju iznimno rijetko, otprilike jedna čestica po četvornom kilometru po stoljeću, a njihovo proučavanje zahtijeva velika detektorska postrojenja kao što je zvjezdarnica Pierre Auger. Više od 250 znanstvenika iz 17 zemalja radi na ovim izazovima u sklopu Suradnje Pierre Auger.

Osim temeljnih istraživačkih tema, istražuje se i AugerPrime nadogradnja detektora koji kombinira različite vrste detektora čestica, uključujući optičke fluorescentne teleskope i radio antene. Izmjereni podaci ne samo da bi mogli pomoći u rješavanju misterija oko kozmičkih zraka, već i proučavati njihove učinke na izloženost zračenju, posebno za ljude koji putuju zrakoplovom.

Sve u svemu, trenutni razvoj u primjeni umjetne inteligencije u fizici astročestica ilustrira goleme mogućnosti koje proizlaze iz simbioze između moderne tehnologije i klasične fizike. Izvanredan napredak u ovom području mogao bi imati dalekosežne implikacije na naše razumijevanje kozmičkih zraka i njihovog porijekla.