A IA revoluciona a astrofísica: Glombitza desvenda quebra-cabeças de radiação cósmica!

A IA revoluciona a astrofísica: Glombitza desvenda quebra-cabeças de radiação cósmica!

Um avanço na investigação dos raios cósmicos poderia ser alcançado graças à aplicação da inteligência artificial (IA). Dr. Jonas Glombitza do Centro Erlangen de Física de Astropartículas (ECAP) desenvolveu técnicas inovadoras para análise de dados. Estes mostram que as partículas mais energéticas que chegam à Terra são predominantemente núcleos pesados, como átomos de azoto ou ferro, em vez de protões. Estas descobertas fazem parte de um estudo abrangente realizado em colaboração com o maior observatório mundial para o estudo de raios cósmicos, o Observatório Pierre Auger, na Argentina.

Glombitza começou a programar ferramentas de aprendizado de máquina para análise de chuvas de partículas na Universidade RWTH Aachen em 2017. Desde que se mudou para a FAU em 2022, ele continuou a trabalhar no refinamento dessas técnicas. Em 2025, recebeu o Prêmio ETI, um programa universitário de promoção de talentos, que reconhece suas contribuições significativas para a astrofísica. No entanto, ele diz que o termo “inteligência artificial” é muitas vezes definido de forma diferente e ele está relutante em usá-lo.

O Observatório Pierre Auger

O Observatório Pierre Auger é a maior instalação de pesquisa de raios cósmicos com área de 3.000 km². A instalação inclui 27 telescópios e 1.660 detectores de superfície alojados em tanques de água. As observações centram-se na emissão de luz fluorescente gerada pelas chuvas de ar criadas quando as partículas primárias interagem com a atmosfera terrestre.

No entanto, os telescópios só funcionam em condições ideais, como tempo claro e sem lua, o que limita a recolha de dados. Apesar destes desafios, a análise assistida por IA pode reconstruir os padrões de distribuição de partículas dos detectores de superfície e estimar a massa das partículas primárias. Esta tecnologia permite a avaliação de cerca de 60.000 chuvas de partículas num período de tempo relativamente curto – uma tarefa que teria exigido cerca de 150 anos de observações telescópicas tradicionais sem IA.

Desafios dos raios cósmicos

Os raios cósmicos, descritos como radiação de partículas de alta energia do Sol, da Via Láctea e de galáxias distantes, consistem principalmente em prótons, elétrons e átomos ionizados. Cada partícula primária cria uma chuva de partículas que pode liberar até 10^11 partículas secundárias. Na atmosfera da Terra, cerca de 1.000 partículas por metro quadrado atingem a camada externa todos os dias.

Um mistério central na física diz respeito à origem das partículas de alta energia, que possuem energias acima de 10^20 eV. Estas partículas ocorrem extremamente raramente, cerca de uma partícula por quilómetro quadrado por século, e o seu estudo requer grandes instalações de detecção, como o Observatório Pierre Auger. Mais de 250 cientistas de 17 países estão a trabalhar nestes desafios como parte da Colaboração Pierre Auger.

Além dos tópicos de pesquisa fundamentais, a atualização AugerPrime do detector, que combina diferentes tipos de detectores de partículas, incluindo telescópios ópticos de fluorescência e antenas de rádio, também está sendo investigada. Os dados medidos poderiam não só ajudar a resolver os mistérios que rodeiam os raios cósmicos, mas também estudar os seus efeitos na exposição à radiação, especialmente para pessoas em viagens aéreas.

No geral, os desenvolvimentos atuais na aplicação da inteligência artificial na física de astropartículas ilustram as enormes possibilidades que surgem da simbiose entre a tecnologia moderna e a física clássica. O extraordinário progresso nesta área poderá ter implicações de longo alcance para a nossa compreensão dos raios cósmicos e das suas origens.