AI zorgt voor een revolutie in de astrofysica: Glombitza lost kosmische stralingspuzzels op!

AI zorgt voor een revolutie in de astrofysica: Glombitza lost kosmische stralingspuzzels op!

Een doorbraak in het onderzoek naar kosmische straling zou kunnen worden bereikt dankzij de toepassing van kunstmatige intelligentie (AI). Dr. Jonas Glombitza van het Erlangen Centrum voor Astrodeeltjesfysica (ECAP) heeft innovatieve technieken voor data-analyse ontwikkeld. Hieruit blijkt dat de meest energetische deeltjes die de aarde bereiken voornamelijk zware kernen zijn, zoals stikstof- of ijzeratomen, en geen protonen. Deze bevindingen maken deel uit van een uitgebreid onderzoek dat is uitgevoerd in samenwerking met 's werelds grootste observatorium voor het bestuderen van kosmische straling, het Pierre Auger Observatorium in Argentinië.

Glombitza begon in 2017 met het programmeren van machine learning-tools voor het analyseren van deeltjesdouches aan de RWTH Universiteit van Aken. Sinds hij in 2022 naar de FAU verhuisde, is hij blijven werken aan het verfijnen van deze technieken. In 2025 ontving hij de ETI Award, een universitair talentpromotieprogramma, als erkenning voor zijn belangrijke bijdragen aan de astrofysica. Hij zegt echter dat de term ‘kunstmatige intelligentie’ vaak anders wordt gedefinieerd en dat hij terughoudend is in het gebruik ervan.

Het Pierre Auger-observatorium

De Pierre Auger-observatorium is de grootste faciliteit voor onderzoek naar kosmische straling met een oppervlakte van 3.000 km². De faciliteit omvat 27 telescopen en 1.660 oppervlaktedetectoren, ondergebracht in watertanks. De waarnemingen concentreren zich op de emissie van fluorescerend licht die wordt gegenereerd door de luchtbuien die ontstaan ​​wanneer primaire deeltjes interageren met de atmosfeer van de aarde.

De telescopen werken echter alleen onder optimale omstandigheden, zoals helder, maanloos weer, wat de gegevensverzameling beperkt. Ondanks deze uitdagingen kan AI-ondersteunde analyse de distributiepatronen van deeltjes van de oppervlaktedetectoren reconstrueren en de massa van de primaire deeltjes schatten. Deze technologie maakt de evaluatie van ongeveer 60.000 deeltjesbuien binnen relatief korte tijd mogelijk - een taak die zonder AI ongeveer 150 jaar traditionele telescopische waarnemingen zou vereisen.

Uitdagingen van kosmische straling

Kosmische straling, beschreven als hoogenergetische deeltjesstraling van de zon, de Melkweg en verre sterrenstelsels, bestaat voornamelijk uit protonen, elektronen en geïoniseerde atomen. Elk primair deeltje creëert een deeltjesregen waaruit maximaal 10^11 secundaire deeltjes kunnen vrijkomen. In de atmosfeer van de aarde raken elke dag ongeveer 1.000 deeltjes per vierkante meter de buitenste laag.

Een centraal mysterie in de natuurkunde betreft de oorsprong van hoogenergetische deeltjes, die energieën hebben van meer dan 10^20 eV. Deze deeltjes komen uiterst zelden voor, ongeveer één deeltje per vierkante kilometer per eeuw, en voor hun onderzoek zijn grote detectorfaciliteiten nodig, zoals het Pierre Auger Observatorium. Meer dan 250 wetenschappers uit 17 landen werken aan deze uitdagingen als onderdeel van de Pierre Auger Collaboration.

Naast de fundamentele onderzoeksthema's wordt ook de AugerPrime-upgrade van de detector, die verschillende soorten deeltjesdetectoren combineert, waaronder optische fluorescentietelescopen en radioantennes, onderzocht. De gemeten gegevens kunnen niet alleen helpen de mysteries rond kosmische straling op te lossen, maar ook hun effecten op de blootstelling aan straling bestuderen, vooral voor mensen in vliegreizen.

Over het geheel genomen illustreren de huidige ontwikkelingen in de toepassing van kunstmatige intelligentie in de astrodeeltjesfysica de enorme mogelijkheden die voortkomen uit de symbiose tussen moderne technologie en klassieke natuurkunde. De buitengewone vooruitgang op dit gebied zou verstrekkende gevolgen kunnen hebben voor ons begrip van kosmische straling en hun oorsprong.