El uso de la inteligencia artificial (IA) genera inquietud en muchas personas, dado que las redes neuronales, modeladas a partir del cerebro humano, son tan complejas que incluso los expertos tienen dificultades para comprender su funcionamiento. Sin embargo, el riesgo que representan estos algoritmos opacos para la sociedad varía en función de su aplicación. Mientras que en el ámbito de las elecciones democráticas la IA puede causar un daño considerable mediante la manipulación de las redes sociales, en el campo de la astrofísica, sus consecuencias pueden limitarse, en el peor de los casos, a una interpretación incorrecta del cosmos, tal como afirma el Dr. Jonas Glombitza, del Centro de Astrofísica de Partículas de Erlangen (ECAP) en la Universidad Friedrich-Alexander de Erlangen-Núremberg (FAU).
El astrofísico utiliza la IA para acelerar el análisis de datos provenientes de un observatorio que investiga la radiación cósmica. Según Glombitza, los resultados indican que las partículas más energéticas que impactan la Tierra no son generalmente protones, sino núcleos atómicos significativamente más pesados, como los átomos de nitrógeno o hierro. Su análisis fue publicado recientemente en la revista Physical Review Letters.
El escepticismo inicial
Glombitza se muestra fascinado por el uso del aprendizaje automático en astrofísica. Desde 2017, comenzó a programar herramientas de aprendizaje automático en la Universidad Técnica de RWTH Aachen, se trasladó a FAU en 2022 y recibió el premio ETI, que promueve el talento en la universidad, en 2025. No obstante, el término «inteligencia artificial» es uno que utiliza con reticencia, dado que existe una falta de consenso sobre su utilización y suele desencadenar discusiones controvertidas.
Al principio, le costó convencer a sus colegas sobre las ventajas del más comunicable «aprendizaje automático», ya que gran parte de su funcionamiento se presenta como una caja negra. El avance llegó cuando los resultados obtenidos mediante IA pudieron ser verificados con observaciones telescópicas.
La radiación cósmica de ultra-alta energía probablemente se origina en galaxias más allá de la Vía Láctea. Consiste en núcleos atómicos con una carga de 1018 a 1020 electronvolts, convirtiéndolos en las partículas más energéticas encontradas en la naturaleza. Al ingresar en la atmósfera terrestre, estas partículas primarias interactúan y desencadenan un chorro de aire, una cascada de innumerables partículas más pequeñas, como electrones, positrones, fotones y muones. Algunas son absorbidas por la atmósfera, mientras que otras alcanzan la superficie terrestre en un radio de varios kilómetros cuadrados.
Durante la interacción entre la cascada de partículas y las moléculas de nitrógeno de la atmósfera, se produce luz fluorescente, que puede ser medida por telescopios especializados, como el Observatorio Pierre Auger, la instalación más grande del mundo dedicada a la investigación de la radiación cósmica. Según Glombitza, las mediciones en este observatorio han estado en curso durante 15 años.
Según nuestro conocimiento sobre la formación de átomos, las partículas primarias de la radiación cósmica de ultra-alta energía pueden consistir en todos los elementos, desde hidrógeno hasta hierro. Debido a su gran masa, un átomo de hierro puede generar una cascada de partículas mucho más compleja al ingresar en la atmósfera terrestre que un solo protón. Por lo tanto, el mayor número de partículas en el chorro, que producen máxima luz fluorescente, aparece a una mayor distancia de la superficie terrestre. En contraste, una partícula primaria de menor masa puede penetrar más profundamente en la atmósfera antes de que su chorro de partículas alcance la máxima luminosidad.
El análisis de la luz fluorescente máxima proporciona pistas relevantes sobre la masa de la partícula primaria. Sin embargo, los telescopios solo funcionan en noches despejadas y sin luna, lo que limita la cantidad de datos disponibles para la evaluación estadística en comparación con los detectores de superficie, que operan las 24 horas. Hasta ahora, no ha sido posible reconstruir la luz máxima del chorro de partículas a partir de los complejos patrones de distribución de los detectores de superficie.
Esta tarea es ahora realizada por IA, que ha sido entrenada para reconstruir innumerables chorros de partículas simulados, donde el patrón de distribución de las partículas permite realizar inferencias sobre la masa de la partícula primaria. Posteriormente, los modelos se calibran con observaciones reales de telescopios.
De esta manera, los datos de los detectores de superficie de 60,000 chorros de partículas pueden ser utilizados para la estimación de la masa. Glombitza afirma: «Para lograr los mismos resultados sin IA, habríamos tenido que observar con los telescopios durante 150 años. Este es el avance que he logrado».
