AI revolucionira astrofiziko: Glombitza razbija uganke o kozmičnem sevanju!

AI revolucionira astrofiziko: Glombitza razbija uganke o kozmičnem sevanju!

Preboj v raziskavah kozmičnih žarkov bi lahko dosegli z uporabo umetne inteligence (AI). Dr. Jonas Glombitza iz Erlangenskega centra za astrofiziko delcev (ECAP) je razvil inovativne tehnike za analizo podatkov. Ti kažejo, da so najbolj energijski delci, ki dosežejo Zemljo, pretežno težka jedra, kot so atomi dušika ali železa, ne pa protoni. Te ugotovitve so del obsežne študije, ki je bila izvedena v sodelovanju z največjim svetovnim observatorijem za preučevanje kozmičnih žarkov, observatorijem Pierre Auger v Argentini.

Glombitza je leta 2017 na univerzi RWTH Aachen začel programirati orodja za strojno učenje za analizo rojstva delcev. Odkar se je leta 2022 preselil na FAU, je še naprej delal na izpopolnjevanju teh tehnik. Leta 2025 je prejel nagrado ETI, univerzitetni program za spodbujanje talentov, ki je priznanje za njegove pomembne prispevke k astrofiziki. Pravi pa, da izraz »umetna inteligenca« pogosto različno definirajo in ga nerad uporablja.

Observatorij Pierre Auger

The Observatorij Pierre Auger je največji objekt za raziskovanje kozmičnih žarkov s površino 3.000 km². Objekt vključuje 27 teleskopov in 1660 površinskih detektorjev, nameščenih v rezervoarjih za vodo. Opazovanja se osredotočajo na emisijo fluorescentne svetlobe, ki jo ustvarjajo zračne plohe, ki nastanejo, ko primarni delci komunicirajo z zemeljsko atmosfero.

Vendar pa teleskopi delujejo samo v optimalnih pogojih, kot je jasno vreme brez lune, kar omejuje zbiranje podatkov. Kljub tem izzivom lahko analiza s pomočjo umetne inteligence rekonstruira vzorce porazdelitve delcev iz površinskih detektorjev in oceni maso primarnih delcev. Ta tehnologija omogoča ovrednotenje približno 60.000 ploh delcev v razmeroma kratkem času – naloga, ki bi zahtevala približno 150 let tradicionalnih teleskopskih opazovanj brez umetne inteligence.

Izzivi kozmičnih žarkov

Kozmični žarki, opisani kot visokoenergijsko sevanje delcev iz Sonca, Rimske ceste in oddaljenih galaksij, so sestavljeni predvsem iz protonov, elektronov in ioniziranih atomov. Vsak primarni delec ustvari prho delcev, ki lahko sprosti do 10^11 sekundarnih delcev. V Zemljini atmosferi okoli 1000 delcev na kvadratni meter vsak dan zadene zunanjo plast.

Osrednja skrivnost v fiziki se nanaša na izvor visokoenergijskih delcev, ki imajo energije nad 10^20 eV. Ti delci se pojavljajo izjemno redko, približno en delec na kvadratni kilometer na stoletje, in njihovo preučevanje zahteva velike detektorske naprave, kot je observatorij Pierre Auger. Več kot 250 znanstvenikov iz 17 držav se ukvarja s temi izzivi v okviru sodelovanja Pierre Auger.

Poleg temeljnih raziskovalnih tem se preiskuje tudi nadgradnja detektorja AugerPrime, ki združuje različne tipe detektorjev delcev, vključno z optičnimi fluorescenčnimi teleskopi in radijskimi antenami. Izmerjeni podatki ne bi mogli le pomagati rešiti skrivnosti okoli kozmičnih žarkov, ampak tudi preučiti njihove učinke na izpostavljenost sevanju, zlasti za ljudi, ki potujejo z letalom.

Na splošno trenutni razvoj uporabe umetne inteligence v fiziki astrodelcev ponazarja ogromne možnosti, ki izhajajo iz simbioze med sodobno tehnologijo in klasično fiziko. Izjemen napredek na tem področju bi lahko imel daljnosežne posledice za naše razumevanje kozmičnih žarkov in njihovega izvora.