Για πρώτη φορά καταφέραμε να «απεικονίσουμε» τον Γαλαξία μας μέσω νετρίνων. Τα νετρίνα είναι στοιχειώδη σωματίδια, τα οποία έχουν υπερβολικά μικρή μάζα και διαπερνούν ανενόχλητα την ύλη. Επομένως, η εικόνα δεν λήφθηκε αποτυπώνοντας το φως, αλλά συντέθηκε βασισμένη στα δεδομένα που συλλέχθηκαν από τον ανιχνευτή νετρίνων IceCube.
Αξίζει να σημειωθεί πως αρκετά χρόνια πριν οι ερευνητές κατάφεραν να συνθέσουν μια “φωτογραφία” νετρίνων του Ήλιου από τη συλλογή δεδομένων του ανιχνευτή Super-Kamiokande στην Ιαπωνία.
Χρειάστηκαν 10 έτη συλλογής και ανάλυσης δεδομένων που προήλθαν από 60.000 νετρίνα για τη σύνθεση της εικόνας των νετρίνων του Γαλαξία. Το μεγάλο αυτό επίτευγμα πραγματοποιήθηκε χάρη στον εντυπωσιακό ανιχνευτή νετρίνων IceCube, ο οποίος βρίσκεται στην Ανταρκτική. Πρόκειται για τον μεγαλύτερο ανιχνευτή νετρίνων στον κόσμο. Βρίσκεται σε βάθος 2.820 μέτρων και διαθέτει 5.160 οπτικούς αισθητήρες οι οποίοι ελέγχουν τον υπόγειο πάγο για αμυδρές μπλε λάμψεις. Αυτές οι λάμψεις σηματοδοτούν τη διέλευση των στοιχειωδών σωματιδίων γνωστά και ως μιόνια.
Η ανίχνευση των νετρίνων πραγματοποιείται έμμεσα, καθώς αλληλεπιδρούν με πρωτόνια στα μόρια του πάγου, απελευθερώνοντας μιόνια. Τα μιόνια εκπέμπουν ένα χαρακτηριστικό μπλε φως, καθώς ταξιδεύουν μέσα στον πάγο, προδίδοντας έτσι την παρουσία νετρίνων.
Εικόνα: IceCube Collaboration/U.S. National Science Foundation
Στην έρευνα συμμετείχαν πάνω από 350 ερευνητές και τα αποτελέσματα της μελέτης τους δείχνουν την εκπομπή νετρίνων από ολόκληρο τον Γαλαξία. Τα “φευγαλέα” αυτά σωματίδια είναι νετρίνα υψηλής ενέργειας, δηλαδή έχουν ενέργεια ένα εκατομμύριο φορές μεγαλύτερη από τα νετρίνα που παράγονται στους πυρηνικούς αντιδραστήρες ή στο εσωτερικό των άστρων. Παράγονται όταν η κοσμική σκόνη και τα αέρια που υπάρχουν στον Γαλαξία μας αλληλεπιδρούν με τις κοσμικές ακτίνες, δηλαδή, με πρωτόνια υψηλής ενέργειας και βαριούς πυρήνες.
Οι ερευνητές είχαν προβλέψει πως ο Γαλαξίας μας αποτελεί πηγή νετρίνων υψηλής ενέργειας, λόγω της ανίχνευσης ακτίνων-γ που προέρχονταν από αυτόν. Επιπλέον, σε αντίθεση με τα φωτόνια, τα νετρίνα που εκπέμπονται από τον Γαλαξία μας επισκιάζονται από τα νετρίνα που προέρχονται από άλλους μακρινούς γαλαξίες καθιστώντας πιο δύσκολο το έργο των ερευνητών.
Η ανιχνευτική διάταξη του IceCube, παρά τη μεγάλη ευαισθησία της, δεν ήταν αρκετή ώστε να λάβουμε τα αποτελέσματα της εικόνας. Χρειάστηκε η παρέμβαση της τεχνητής νοημοσύνης και, συγκεκριμένα, η εφαρμογή της μεθόδου της Μηχανικής Μάθησης, ώστε να ξεπεραστούν τα εμπόδια που αναφέρθηκαν παραπάνω. Καθώς η τεχνολογία εξελίσσεται, οι δυνατότητες των οργάνων που χρησιμοποιούνται σε τέτοιου είδους έρευνες βελτιώνονται όλο και περισσότερο.
Η εφαρμογή της Μηχανικής Μάθησης στον τομέα της Αστροφυσικής και της Φυσικής Υψηλών Ενεργειών αποτελεί ένα νέο και εξαιρετικά εύχρηστο εργαλείο στην υλοποίηση τέτοιων μελετών. Στη συγκεκριμένη μελέτη ο αλγόριθμος μηχανικής μάθησης αναπτύχθηκε από ερευνητές του Πανεπιστημίου TU Dortmund, που συνεργάζεται στενά με τους ερευνητές του IceCube. Συγκριτικά με προηγούμενες έρευνες, χρησιμοποιώντας την τεχνητή νοημοσύνη κατάφεραν να προσαρμόσουν τη διάταξη του ανιχνευτή έτσι ώστε να είναι τρεις φορές πιο ευαίσθητος. Το αποτέλεσμα ήταν να ανιχνεύσουν 30 φορές περισσότερα νετρίνα από ό,τι σε προηγούμενες έρευνες, δηλαδή περίπου 60.000.
Το εγχείρημα ήταν εξαιρετικά δύσκολο καθώς τα νετρίνα που δημιουργούνται μέσω συγκρούσεων κοσμικών ακτίνων με μόρια της ατμόσφαιρας της Γης καθιστούν δύσκολη τη διάκρισή τους από τα νετρίνα που προέρχονται από το διάστημα. Ωστόσο, τη λύση σε αυτό το πρόβλημα ήρθε να δώσει η τεχνητή νοημοσύνη στην οποία βασίστηκαν οι ερευνητές ώστε να αναλύσουν τα δεδομένα του IceCube. Έτσι, τα νετρίνα που παράχθηκαν στην ατμόσφαιρα, τα οποία με τη σειρά τους μπορούν να παράγουν άλλα ανιχνεύσιμα σωματίδια, δεν εμπόδισαν το έργο των ερευνητών.
Εικόνα: Josh Veitch-Michaelis, IceCube/NSF
Η μελέτη αυτή άνοιξε ένα νέο παράθυρο στην εξερεύνηση του Γαλαξίας μας, που ενδεχομένως θα φέρει στο φως άγνωστες πτυχές του. Το επόμενο βήμα των ερευνητών είναι να προσδιορίσουν τις πηγές εκπομπής νετρίνων εντός του Γαλαξία μας. Μέσα στα επόμενα χρόνια οι ανιχνευτές του IceCube θα αναβαθμιστούν που σημαίνει ότι θα ενισχυθεί περαιτέρω η ευαισθησία τους επιτρέποντάς μας να δούμε μια πιο ξεκάθαρη εικόνα των νετρίνων του Γαλαξία μας.
