L'intelligenza artificiale rileva la rara supernova SN 2023zkd in tempo reale

Una rara supernova chiamata SN 2023zkd ha è stato scoperto dagli astronomi con l'aiuto dell'intelligenza artificiale (IA).

AI è ora ampiamente utilizzato in tutti i settori Come finanza, sanità, produzione, sicurezza informatica, gestione delle catastrofi e assistenza clienti, sta trasformando il mondo automatizzando le attività ripetitive, operando ininterrottamente senza affaticamento, elaborando e analizzando enormi quantità di dati complessi, riducendo al minimo gli errori e migliorando il processo decisionale.

Questa tecnologia, che si riferisce alla capacità delle macchine di svolgere compiti solitamente correlati all'intelligenza umana, ci sta anche aiutando a rilevare nuovi oggetti nel cielo e ad approfondire la nostra comprensione dell'universo.

Ad esempio, un paio di mesi fa, l'intelligenza artificiale ha aiutato un team internazionale di astronomi a svelare i misteri dell'universo analizzando i dati sui buchi neri. Utilizzando oltre 12 milioni di simulazioni, i ricercatori hanno scoperto che il buco nero centrale della Via Lattea ruota quasi alla sua velocità massima.

Per raggiungere questo obiettivo, il team ha utilizzato simulazioni sintetiche per addestrare la rete, consentendo la scoperta di nuove intuizioni cosmiche sui buchi neri.

La rete è stata addestrata per scoprire informazioni dai dati alla base delle immagini del buco nero Sagittarius A* presentate dalla collaborazione Event Horizon Telescope (EHT) nel 2022.

Mentre gli studi precedenti utilizzavano solo una piccola quantità di dati sintetici realistici, l'ultimo studio ha inserito milioni di file in una rete neurale bayesiana, reso possibile dalle capacità di calcolo ad alta velocità di CHTC, per effettuare un confronto più accurato tra i dati EHT e i modelli.

La rete neurale ha suggerito che il buco nero stia ruotando quasi alla massima velocità e che l'emissione nelle vicinanze non sia causata da un getto ma da elettroni estremamente caldi nel disco di accrescimento circostante. Inoltre, i campi magnetici nel disco sembrano comportarsi in modo diverso da quello che si è visto finora. era stato precedentemente sospettato.

Secondo il ricercatore capo Michael Janssen dell'Università Radboud di Nijmegen:

"Il fatto che stiamo sfidando la teoria prevalente è, ovviamente, entusiasmante. Tuttavia, considero il nostro approccio all'intelligenza artificiale e all'apprendimento automatico principalmente come un primo passo. In seguito, miglioreremo ed estenderemo i modelli e le simulazioni associati."

Un altro studio dell'anno scorso ha utilizzato l'intelligenza artificiale per determinare cinque parametri cosmologici o l'originale “ambientazioni dell'universo¹" con precisione. Questi parametri, estratti da un set di dati (SDSS) contenente informazioni su oltre 100,000 galassie, determinano il funzionamento dell'universo su scale più ampie.

Per estrarre informazioni preziose dal set di dati, il team deve prima addestrare l'IA su cosa cercare, E per hanno creato 2,000 universi simulati, ognuno con diverse ambientazioni cosmologiche e sfide reali sperimentate nelle indagini sulle galassie. 

Successivamente, sono stati inseriti dati reali provenienti dall'SDSS Baryon Oscillation Spectroscopic Survey, che hanno fornito risultati impressionanti che consentono agli astronomi di fare di più con meno dati e di ampliare i confini dell'astronomia.

Ora, nell'ultima scoperta, gli scienziati hanno utilizzato un nuovo sistema di intelligenza artificiale chiamato Lightcurve Anomaly Identification and Similarity Search (LAISS), che è basato sull'algoritmo di Spotify.

Creato dall'università di ricerca globale UC Santa Cruz, il sistema confronta le caratteristiche della supernova SN 2023zkd con un set di dati di oggetti noti per rilevare eventuali anomalie, che potrebbero indicare un fenomeno raro. Quando l'IA trova qualcosa che vale la pena analizzare, invia i candidati ai ricercatori per l'analisi in tempo reale.

Utilizzando questo sistema di intelligenza artificiale, gli astronomi sono stati in grado di identificare la supernova entro poche ore dalla sua esplosione. Una supernova è un'esplosione stellare estremamente potente e luminosa, tra gli eventi più luminosi dell'universo, in grado di oscurare temporaneamente intere galassie. 

Le supernove costituiscono una parte essenziale del cosmo, poiché creano e diffondono elementi pesanti, che sono i mattoni fondamentali per le stelle, i pianeti e la vita del futuro.

Si tratta di eventi di breve durata, ma prima che SN 2023zkd svanisse, i ricercatori sono stati in grado di effettuare rapide osservazioni di follow-up. Le prove suggeriscono che questa particolare esplosione sia stata il risultato di un incontro catastrofico tra una stella massiccia e un buco nero compagno.

La stella compagna ha inghiottito parzialmente la stella oppure l'ha fatta a pezzi prima che potesse esplodere da sola.

In particolare, l'intelligenza artificiale utilizzata dagli astronomi per individuare anomalie fugaci in tempo reale, regolarmente e "senza affidarsi alla fortuna", potrebbe essere utilizzata anche per la diagnostica medica, la prevenzione delle frodi finanziarie e la sicurezza nazionale, dimostrando la versatilità e le ampie capacità del sistema.

Catturare le esplosioni cosmiche nei loro primi momenti

L'ultima scoperta è stata segnalata questo mese da una collaborazione astronomica, che ha rilevato l'esplosione di un'enorme stella confinata in un'orbita con un buco nero. Questa scoperta era fatto con l'aiuto di un sistema di intelligenza artificiale che cerca attivamente le stelle subito dopo la loro esplosione.

Il nome dell'esplosione è SN 2023zkd, ed è stata rilevata per la prima volta due anni fa dalla Zwicky Transient Facility. è stato identificato attraverso un nuovissimo modello di intelligenza artificiale, che è stato progettato per segnalare in tempo reale eventuali esplosioni insolite o eventi cosmici.

Grazie a un'allerta tempestiva, il team di ricercatori ha potuto iniziare subito le osservazioni di follow-up, un passo importante per catturare l'esplosione fin dalle sue fasi iniziali, ricostruirne l'intera storia e scoprirne le origini.

Una volta terminata l'esplosione, è stato osservato dai telescopi spaziali così come a terra. In questo caso, due telescopi dell'osservatorio astronomico di ricerca delle Hawaii (Haleakalāa) sono stati utilizzati dal Young Supernova Experiment (YSE) con sede presso l'Università della California a Santa Cruz.

“Qualcosa di esattamente come questa supernova non è mai esistito stato visto prima, Così potrebbe essere molto raro."

– Ryan Foley, professore associato di astronomia e astrofisica presso l’UC Santa Cruz

Sebbene gli esseri umani siano bravi a individuare cose che "non sono come le altre", l'algoritmo dell'intelligenza artificiale, ha osservato, può segnalarle molto prima di quanto potremmo notare noi, e questo è fondamentale per le osservazioni sensibili al fattore tempo.

Il team di Foley gestisce YSE, un'indagine nel dominio del tempo progettata per scoprire nuove supernovae (SNe) e altri fenomeni cosmici transitori entro poche ore o giorni dalla loro esplosione. Opera principalmente con i telescopi Pan-STARRS che presto esploreranno 1500 gradi quadrati di cielo ogni tre giorni. 

Secondo il www.filmingitalylosangeles.it/enL'obiettivo di YSE è quello di trovare campioni statistici di transienti giovani, rossi e rari. Mira inoltre per comprendere meglio la variabilità dei buchi neri.

Esaminando circa il 4% del cielo notturno ogni tre giorni, il team ha scoperto migliaia di nuove esplosioni cosmiche, decine delle quali si sono verificate solo pochi giorni o ore dopo l'esplosione. 

Ora hanno scoperto qualcosa di interessante su SN 2023zkd, che è stato dettagliato nello studio intitolato 'Prove di una fusione binaria indotta dall'instabilità nella supernova 2023zkd di tipo IIn a doppio picco e ricca di elio. '² Pubblicato sull'Astrophysical Journal, lo studio è finanziato dalla NASA, dalla National Science Foundation, dalla Moore Foundation e dalla Packard Foundation.

Secondo gli astronomi che hanno condotto l'ultima scoperta, era inevitabile che si verificasse una collisione tra la stella massiccia e il buco nero.

La stella era bloccata in un'orbita con il buco nero, e come l'energia è andata persa dall'orbita, si avvicinarono l'una all'altra. La loro separazione continuò a diminuire mentre l'intensa gravità del buco nero attirava polvere e gas dalla stella in un disco.

Questo continua one prima che la stella potesse divorare il denso buco nero, lo stress gravitazionale di quest'ultimo ne causò l'esplosione.

Quando l'esplosione entrò in collisione con i gusci di materiale provenienti da interazioni precedenti, situati sopra e sotto il disco, diede origine a un evento di nuova luminosità spettacolare.

Secondo Alexander Gagliano, autore principale dello studio e ricercatore presso l'NSF Institute for Artificial Intelligence and Fundamental Interactions:

“La nostra analisi mostra che l’esplosione è stato scatenato da un incontro catastrofico con un buco nero compagno, ed è la prova più forte fino ad oggi che interazioni così ravvicinate possono effettivamente far esplodere una stella." 

mentre ha stato conosciuto che la maggior parte delle stelle massicce sono binarie, Gagliano ha osservato che "coglierne una nell'atto di scambiare massa poco prima che esploda è incredibilmente raro".

Ma questa non è l'unica interpretazione. Il team ha effettivamente preso in considerazione diversi scenari di origine della supernova.

L'altra ipotesi, secondo il team di scienziati, è che il buco nero abbia completamente squarciato la stella massiccia prima che potesse esplodere autonomamente, attraverso un processo chiamato "spaghettificazione". Il buco nero ha quindi risucchiato i detriti della stella. Quando questi detriti si sono scontrati con il gas circostante, hanno prodotto la luce intensa. I dati non suggeriscono con altrettanta evidenza che ciò sia vero.

In entrambi gli scenari, l'unica cosa che rimane indietro è il buco nero più pesante. Secondo lo studio, il precursore ottico più luminoso e le caratteristiche dell'esplosione si trovano per essere più coerente con un'enorme stella He semi-denudata che sta attraversando una fusione indotta dall'instabilità con un buco nero compagno.

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La strana vita della supernova SN 2023zkd

SN 2023zkd si trova a circa 730 milioni di anni luce dal nostro pianeta Terra. All'inizio, sembrava una normale supernova, un singolo lampo di luce che svanisce lentamente nel tempo. Ma non era così. 

Mentre gli astronomi continuavano a monitorare il declino di SN 2023zkd per molti mesi, scoprirono che la supernova era nuovamente aumentata di luminosità. Il team si è quindi rivolto allo studio dei dati d'archivio per comprendere meglio questo comportamento insolito, che ha rivelato un'altra caratteristica unica.

Le osservazioni ultraviolette e infrarosse della straordinaria supernova hanno mostrato un'emissione precursore persistente e luminosa che si estende per diversi anni prima della scoperta, seguita da una seconda fase di lenta luminosità nell'ultimo anno.

Dopo la scoperta, la supernova mostrò due picchi di luminosità comparabili, separati da 240 giorni, ovvero circa otto mesi.

Spettroscopicamente, ha mostrato profili di Balmer e He I fortemente asimmetrici e multicomponenti. Si tratta di linee spettrali specifiche dell'idrogeno (H) e dell'elio (He) osservate negli spettri stellari, utilizzate per determinare l'età e la composizione delle popolazioni stellari nelle galassie e in altri oggetti cosmici.

Quindi, prima ancora che l'esplosione avvenisse, il sistema stava già lentamente aumentando la sua luminosità da oltre quattro anni, ovvero circa 1,500 giorni. E questo tipo di attività prolungata prima dell'esplosione è raramente visto nelle supernovae. 

La stella ha subito due grandi eruzioni prima di estinguersi. Un'analisi dettagliata ha anche indicato che la luce dell'esplosione era il risultato del materiale che la stella aveva espulso negli anni precedenti la sua morte. 

"2023zkd mostra alcuni dei segni più chiari che abbiamo mai visto di una stella massiccia che interagisce con una compagna negli anni precedenti l'esplosione", ha affermato Ashley Villar, coautrice dello studio e professoressa associata di astronomia all'Università di Harvard nel Massachusetts. "Pensiamo che questo possa far parte di un'intera classe di esplosioni nascoste che l'intelligenza artificiale ci aiuterà a scoprire".

Quindi, l'aumento di luminosità verificatosi prima dell'esplosione fu il risultato dell'onda d'urto della supernova che colpì il gas a bassa densità. Un altro picco, mesi dopo, fu il risultato di un impatto lento e prolungato con la densa nube discoidale.

Questa particolare struttura, insieme al comportamento pre-esplosione, indica che la stella morente sia sottoposta a un estremo stress gravitazionale, probabilmente dovuto a un compagno vicino e compatto, come un buco nero. Dopo lunghe discussioni, il team è giunto alla spiegazione che si trattasse di un sistema binario con un buco nero.

Per garantire che le osservazioni sono allineati con la loro spiegazione, il team ha costruito il sistema e lo ha dimostrato metodicamente come tale.

Il team ha "costruito la piattaforma software che utilizziamo per consolidare i dati e gestire le osservazioni. Gli strumenti di intelligenza artificiale utilizzati per questo studio sono integrati in questo ecosistema software", ha affermato Foley.

Mentre l'ultimo studio dimostra l'importanza dell'intelligenza artificiale nell'individuazione di rari eventi cosmici in tempo reale, gli astronomi sottolineano anche strutture come l'Osservatorio Vera C. Rubin e il ruolo significativo che possono svolgere nel prossimo decennio. 

Precedentemente noto come Large Synoptic Survey Telescope (LSST), l'osservatorio si trova sulle Ande cilene ed è dotato di un telescopio da 8.4 metri e della più grande fotocamera digitale in grado di documentare l'intero cielo australe ogni poche notti. Il suo obiettivo è comprendere la natura della materia oscura, creare un inventario di oggetti come asteroidi e comete nel Sistema Solare, esplorare buchi neri e stelle in esplosione e mappare la Via Lattea.

Con l'imminente Legacy Survey for Space and Time dell'Osservatorio Rubin che dovrebbe scoprire circa 105 yr−1, lo studio ha osservato che i campioni fotometrici (che misurano l'intensità o il flusso di luce irradiata dagli oggetti astronomici) di SNe IIn aumenteranno drasticamente quest'anno. Lo studio afferma:

“Gli algoritmi progettati per segnalare questi transitori di lunga durata e in fase di riaccensione svolgeranno un ruolo fondamentale nel caratterizzare l'intera gamma di eventi fortemente interagenti.”

Le osservazioni dell'Osservatorio Rubin, combinate con il rilevamento in tempo reale dell'intelligenza artificiale, consentiranno agli astronomi di scoprire e studiare eventi più rari e complessi, aiutandoci a comprendere meglio come le stelle massicce vivono e muoiono nei sistemi binari.

"Stiamo entrando in un'era in cui possiamo catturare automaticamente questi eventi rari mentre accadono, non solo dopo. Ciò significa che possiamo finalmente iniziare a collegare i puntini tra come una stella vive e come muore, e questo è incredibilmente entusiasmante."

– Gagliano

Nel frattempo, Foley ha osservato che, mentre prevedeva il percorso dell'IA è difficile, è ancora avanzata e ha molti usi che vanno oltre l'astronomia. Egli ha detto:

“Si può facilmente immaginare che tecniche simili vengano utilizzate per lo screening delle malattie, per focalizzare l'attenzione sugli attacchi terroristici, per curare precocemente i problemi di salute mentale e per individuare le frodi finanziarie. Ovunque il rilevamento in tempo reale delle anomalie possa essere utile, queste tecniche probabilmente finiranno per svolgere un ruolo.”

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Investire nella tecnologia spaziale

Mentre diverse società pubbliche sono posizionati strategicamente nel campo della tecnologia di esplorazione spaziale dell'intelligenza artificiale, Northrop Grumman (NOC ) si distingue come appaltatore chiave per le missioni spaziali.

Questo comprende il più grande e complesso telescopio spaziale mai costruito. Il telescopio spaziale James Webb della NASA è stato costruito in collaborazione con Northrop Grumman, che ha guidato la progettazione, lo sviluppo e l'integrazione del sistema dell'osservatorio. Nel 2022, il telescopio ha rivelato la sua prima immagine.

Northrop Grumman (NOC )

L'azienda ha inoltre ampliato l'uso dell'intelligenza artificiale nello spazio per migliorare le operazioni dei veicoli spaziali. Sviluppando la tecnologia robotica basata sull'intelligenza artificiale, mira a consentire operazioni in ambienti altamente complessi, comprese le future missioni spaziali. L'intelligenza artificiale agentica è inoltre pianificata per l'applicazione in tutte le fasi delle operazioni dei veicoli spaziali.

In generale, l'azienda globale di tecnologia aerospaziale e di difesa opera attraverso alcuni segmenti chiave: Sistemi spaziali, Sistemi di missione, Sistemi di difesa e Sistemi aeronautici.

Ha una capitalizzazione di mercato di 84.8 miliardi di dollari e, al momento della stesura di questo articolo, le azioni NOC sono scambiate a 592.44 dollari, in rialzo del 26.24% da inizio anno. Ha un utile per azione (TTM) di 25.36 e un rapporto prezzo/utili (TTM) di 23.36. Gli azionisti di Northrop Grumman godono di un rendimento da dividendi dell'1.56%.

Per quanto riguarda i dati finanziari, nel secondo trimestre del 2 la società ha registrato un fatturato di 2025 miliardi di dollari. L'utile netto per il periodo è stato di 10.4 miliardi di dollari, pari a 1.2 dollari per azione diluita. 

L'utile operativo è stato di 335 milioni di dollari, la liquidità netta derivante dalle attività operative è stata di 557 milioni di dollari e il flusso di cassa libero è stato di 468 milioni di dollari. Gli incarichi netti nel trimestre sono stati pari a 7.4 miliardi di dollari, mentre il portafoglio ordini totale è stato di 89.7 miliardi di dollari. 

"Stiamo lavorando con i nostri clienti per accelerare la fornitura di capacità per realizzare la loro visione di pace attraverso la forza. Continuiamo a registrare una crescente domanda a livello globale per la nostra ampia gamma di prodotti."

– CEO Kathy Warden

La società ha inoltre restituito oltre 700 milioni di dollari agli azionisti attraverso riacquisti di azioni e dividendi.

Il ruolo dell'intelligenza artificiale nell'astronomia e oltre

L'intelligenza artificiale sta trasformando diversi settori, tra cui l'astronomia, dove è diventata uno strumento fondamentale per consentire agli scienziati di catturare in tempo reale eventi cosmici rari e fugaci come SN 2023zkd, cosa quasi impossibile solo pochi anni fa.

Poiché gli strumenti di intelligenza artificiale si combinano con enormi rilievi del cielo e osservatori come Rubin per aprire le porte a molte altre scoperte, il fatto che queste stesse tecniche possano essere applicate anche alla medicina, alla finanza, alla sicurezza nazionale e oltre evidenzia il loro enorme potenziale di interscambio, segnalando una nuova era di innovazione.

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Riferimenti:

1. Hahn, C., Lemos, P., Parker, L., et al. Vincoli cosmologici derivanti dall'aggregazione di galassie non gaussiane e non lineari utilizzando il framework di inferenza SimBIG. Nature Astronomy, 8, 1457–1467, pubblicato il 21 agosto 2024. https://doi.org/10.1038/s41550-024-02344-2
2. Gagliano, A., Villar, VA, Matsumoto, T., Jones, DO, Ransome, CL, Nugent, AE, Hiramatsu, D., Auchettl, K., Tsuna, D., Dong, Y., et al. Evidenza di una fusione binaria indotta da instabilità nella supernova di tipo IIn a doppio picco, ricca di elio, 2023zkd. The Astrophysical Journal, 989, 182, pubblicato il 13 agosto 2025. https://doi.org/10.3847/1538-4357/adea38