Mitä ihmeen kosmiset säteet ovat? (Ja miksi ne kiinnostavat?)

Kuvittele ihmiskunnan tehokkaimmat hiukkaskiihdyttimet. Ne miljardien dollareiden monsterit, joilla fyysikot rikkovat atomeja ja tutkii maailmankaikkeutta. Kosmiset säteet päihittävät ne helposti. Niiden energia on tuhansia kertoja suurempi kuin laboratoriossa on koskaan saatu aikaan.

Nämä hiukkaset leijuvat avaruudessa luonnostaan. Ne sataa jatkuvasti Maahan – onneksi ilmakehä torjuu suurimman osan. Lähteinä ovat universumin hurjimmat räjähdykset: supernovat, mustien aukkojen suihkut ja neutronitähti. Kaikki, mikä vapauttaa valtavia energiamääriä, synnyttää näitä.

Satavuotinen arvoitus

Kosmisia säteitä on tutkittu 1900-luvun alusta. Silti tiedemiehet ihmettelevät yhä. Mistä ne tarkalleen tulevat? Kuinka ne kiihdytetään näin hurjiin nopeuksiin? Miksi osa on protoneja ja osa raskaita rautahiukkasia? Nämä pulmat ovat vaivanneet sukupolvia.

Se on kuin tietäisi julkkiksen olemassaolon mutta ei mitään hänen työstään.

DAMPE: Avaruuden salapoliisi

Vuonna 2015 laukaistiin avaruuteen DAMPE-teleskooppi eli Dark Matter Particle Explorer. Se on tarkka hiukkaskamera. Laite mittaa yksittäiset säteet ja niiden energiat huippudigitaalisuudella.

Genven tutkijat loivat sen ydinsensorin: piikiteen-tungstenseurannan. Se piirtää hiukkasten radat ja paljastaa koostumuksen – vaikkapa sähkölatauksen.

Läpimurto datan syvästä

Dataa analysoitiin kasoittain. Löydös oli huikea: kaikki kosmisten säteiden ydinlajit noudattavat samaa kaavaa.

Yleensä energian kasvaessa hiukkasia on yhä vähemmän – kuin pyramidissa, jossa ala on leveä ja huippu kapea. DAMPE näytti toisin. Noin 15 teraelektronivolttia kohdalla (TV) määrä romahti odotettua jyrkemmin. Tätä kutsutaan "spektrin pehmenemiseksi".

Ja juju: näin kävi kaikille tutkituille – protoneille, heliumille, hiilelle, raudalle.

Miksi tämä muuttaa peliä?

Yhtenäinen kaava viittaa yhteiseen lakiin. Se liittyy "jäykkyyteen" – siihen, miten vaikea magneettikenttä on taivuttamaan hiukkasta.

Löydös on iso, koska se:

• Sulkee pois kilpailevat teoriat 99,999 prosentin varmuudella (tiede on harvoin näin varma)
• Vihjaa, että kiihdytys on samanlaista kaikkialla maailmankaikkeudessa
• Selventää hiukkasten matkoja avaruuden valtavilla etäisyyksillä

Tekoäly ratkaisi arvoituksen

Vinkki: ilman tekoälyä ei olisi löytynyt mitään. Genven porukka kehitti koneoppimista datan purkuun. Miljardeja hiukkastapahtumia – AI bongasi kuviot, joita ihmissilmä olisi missannut.

Tämä on loistava esimerkki: AI ei korvaa tiedemiehiä, vaan buustaa heitä.

Mitä seuraavaksi?

Tulokset kiristävät malleja hiukkaskiihdytyksestä. Väärät selitykset poissa, voimat kohdistuvat paremmin. Kosminen arvoitus ei ole ratkennut, mutta vihje saatiin sentaan.

Tutkijat suunnittelevat jatkoa. Tulevat havainnot voivat piirtää lähteet ja syyt näille universumin petoille.

Maailmankaikkeus yllättää edelleen. Hyvät välineet ja AI-apu riittävät usein ymmärtämään salaisuuksia.