Umelá inteligencia prináša revolúciu v astrofyzike: Glombitza rozlúšti hádanky o kozmickom žiarení!

Umelá inteligencia prináša revolúciu v astrofyzike: Glombitza rozlúšti hádanky o kozmickom žiarení!

Prelom vo výskume kozmického žiarenia by sa mohol dosiahnuť vďaka aplikácii umelej inteligencie (AI). Dr. Jonas Glombitza z Erlangen Center for Astroparticle Physics (ECAP) vyvinul inovatívne techniky pre analýzu údajov. Tie ukazujú, že najenergickejšie častice, ktoré sa dostanú na Zem, sú prevažne ťažké jadrá, ako sú atómy dusíka alebo železa, a nie protóny. Tieto zistenia sú súčasťou komplexnej štúdie vykonanej v spolupráci s najväčším svetovým observatóriom na štúdium kozmického žiarenia, observatóriom Pierra Augera v Argentíne.

Glombitza začal programovať nástroje strojového učenia na analýzu spŕch častíc na RWTH Aachen University v roku 2017. Od prestupu na FAU v roku 2022 pokračoval v práci na zdokonaľovaní týchto techník. V roku 2025 mu bola udelená cena ETI, univerzitný program na podporu talentov, ktorý oceňuje jeho významný prínos k astrofyzike. Hovorí však, že pojem „umelá inteligencia“ je často definovaný inak a nerád ho používa.

Observatórium Pierra Augera

The Observatórium Pierra Augera je najväčšie zariadenie na výskum kozmického žiarenia s rozlohou 3000 km². Zariadenie zahŕňa 27 teleskopov a 1 660 povrchových detektorov umiestnených vo vodných nádržiach. Pozorovania sa zameriavajú na emisiu fluorescenčného svetla generovanú vzdušnými sprchami, ktoré vznikajú pri interakcii primárnych častíc so zemskou atmosférou.

Teleskopy však fungujú len za optimálnych podmienok, ako je jasné počasie bez mesiaca, čo obmedzuje zber údajov. Napriek týmto výzvam môže analýza pomocou AI rekonštruovať distribučné vzorce častíc z povrchových detektorov a odhadnúť hmotnosť primárnych častíc. Táto technológia umožňuje vyhodnotenie približne 60 000 spŕch častíc v relatívne krátkom čase – úloha, ktorá by si bez AI vyžadovala približne 150 rokov tradičných teleskopických pozorovaní.

Výzvy kozmického žiarenia

Kozmické žiarenie, opísané ako vysokoenergetické časticové žiarenie zo Slnka, Mliečnej dráhy a vzdialených galaxií, pozostáva predovšetkým z protónov, elektrónov a ionizovaných atómov. Každá primárna častica vytvára spŕšku častíc, ktorá môže uvoľniť až 10^11 sekundárnych častíc. V zemskej atmosfére zasiahne každý deň vonkajšiu vrstvu okolo 1000 častíc na meter štvorcový.

Ústredná záhada vo fyzike sa týka pôvodu vysokoenergetických častíc, ktoré majú energie nad 10^20 eV. Tieto častice sa vyskytujú extrémne zriedkavo, približne jedna častica na kilometer štvorcový za storočie, a ich štúdium si vyžaduje veľké detektorové zariadenia, ako je observatórium Pierra Augera. Viac ako 250 vedcov zo 17 krajín pracuje na týchto výzvach v rámci Pierre Auger Collaboration.

Okrem základných výskumných tém sa skúma aj vylepšenie AugerPrime detektora, ktorý kombinuje rôzne typy detektorov častíc, vrátane optických fluorescenčných ďalekohľadov a rádiových antén. Namerané údaje by mohli nielen pomôcť vyriešiť záhady okolo kozmického žiarenia, ale aj študovať jeho účinky na vystavenie žiareniu, najmä pre ľudí v leteckej doprave.

Celkovo súčasný vývoj v oblasti aplikácie umelej inteligencie v astročasticovej fyzike ilustruje obrovské možnosti, ktoré vyplývajú zo symbiózy medzi modernou technológiou a klasickou fyzikou. Mimoriadny pokrok v tejto oblasti by mohol mať ďalekosiahle dôsledky pre naše chápanie kozmického žiarenia a jeho pôvodu.