Sztuczna inteligencja wykrywa rzadką supernową SN 2023zkd w czasie rzeczywistym

Odkryto rzadką supernową o nazwie SN 2023zkd został odkryty przez astronomów z pomocą sztucznej inteligencji (AI).

AI jest obecnie szeroko stosowany w różnych branżach takich jak finanse, opieka zdrowotna, produkcja, cyberbezpieczeństwo, zarządzanie kryzysowe i obsługa klienta. Zmienia świat, automatyzując powtarzalne zadania, działając w sposób ciągły i bez zmęczenia, przetwarzając i analizując ogromne ilości złożonych danych, minimalizując błędy i usprawniając proces podejmowania decyzji.

Technologia ta, która oznacza zdolność maszyn do wykonywania zadań zwykle kojarzonych z ludzką inteligencją, pomaga nam również wykrywać nowe obiekty na niebie i pogłębiać naszą wiedzę o wszechświecie.

Na przykład, kilka miesięcy temu sztuczna inteligencja pomogła międzynarodowemu zespołowi astronomów odkryć tajemnice wszechświata, analizując dane dotyczące czarnych dziur. Wykorzystując ponad 12 milionów symulacji, naukowcy odkryli, że centralna czarna dziura Drogi Mlecznej obraca się z prędkością bliską swojej maksymalnej.

Aby to osiągnąć, zespół wykorzystał symulacje syntetyczne do trenowania sieci, co pozwoliło na odkrycie nowych informacji na temat kosmosu i czarnych dziur.

Sieć została wyszkolona aby uzyskać informacje z danych stanowiących podstawę obrazów czarnej dziury Sagittarius A*, które zostały zaprezentowane przez współpracę Event Horizon Telescope (EHT) w 2022 r.

Podczas gdy w poprzednich badaniach wykorzystano jedynie niewielką ilość realistycznych danych syntetycznych, najnowsze badanie polegało na wprowadzeniu milionów plików do bayesowskiej sieci neuronowej, co jest możliwe dzięki możliwościom obliczeniowym CHTC o wysokiej przepustowości, co pozwala na dokładniejsze porównanie danych EHT i modeli.

Sieć neuronowa zasugerowała, że ​​czarna dziura wiruje niemal z maksymalną prędkością, a emisja w pobliżu nie jest spowodowana dżetem, lecz ekstremalnie gorącymi elektronami w otaczającym ją dysku akrecyjnym. Co więcej, pola magnetyczne w dysku wydają się zachowywać inaczej niż dotychczas. podejrzewano wcześniej.

Według głównego badacza Michaela Janssena z Uniwersytetu Radboud w Nijmegen:

„To, że podważamy panującą teorię, jest oczywiście ekscytujące. Uważam jednak, że nasze podejście do sztucznej inteligencji i uczenia maszynowego to przede wszystkim pierwszy krok. Następnie udoskonalimy i rozszerzymy powiązane modele i symulacje”.

W innym badaniu przeprowadzonym w zeszłym roku wykorzystano sztuczną inteligencję do określenia pięciu parametrów kosmologicznych, czyli oryginalnych „ustawienia wszechświata¹„z precyzją. Parametry te, wyodrębnione z zestawu danych (SDSS) zawierającego informacje o ponad 100,000 XNUMX galaktyk, określają sposób funkcjonowania wszechświata w największych skalach.

Aby wyodrębnić cenne informacje z zestawu danych, zespół musi najpierw wyszkolić sztuczną inteligencję, czego ma szukać, A na stworzyli 2,000 symulowanych wszechświatów, każdy z innym środowiskiem kosmologicznym i wyzwaniami, z jakimi można się spotkać w rzeczywistych przeglądach galaktyk. 

Następnie wprowadzono do niego rzeczywiste dane z przeglądu SDSS Baryon Oscillation Spectroscopic Survey, co pozwoliło uzyskać imponujące wyniki, dzięki którym astronomowie mogą zrobić więcej przy mniejszej ilości danych i przesunąć granice astronomii.

W najnowszym odkryciu naukowcy wykorzystali nowy system sztucznej inteligencji o nazwie Identyfikacja anomalii i wyszukiwanie podobieństw w krzywych świetlnych (LAISS), który jest oparty na temat algorytmu Spotify.

System, stworzony przez globalny uniwersytet badawczy UC Santa Cruz, porównuje cechy supernowej SN 2023zkd z bazą danych znanych obiektów, aby wykryć wszelkie anomalie, które mogą wskazywać na rzadkie zjawisko. Gdy sztuczna inteligencja znajdzie coś wartego sprawdzenia, wysyła kandydatów badaczom do analizy w czasie rzeczywistym.

Dzięki temu systemowi sztucznej inteligencji astronomowie byli w stanie zidentyfikować supernową w ciągu kilku godzin od jej wybuchu. Supernowa to niezwykle potężna i jasna eksplozja gwiazdy, która jest jednym z najjaśniejszych zjawisk we wszechświecie, mogącym na chwilę przyćmić blaskiem całe galaktyki. 

Supernowe stanowią istotną część kosmosu, gdyż tworzą i rozprzestrzeniają ciężkie pierwiastki, które stanowią podstawowy budulec przyszłych gwiazd, planet i życia.

To krótkotrwałe zdarzenia, ale zanim SN 2023zkd zgasła, naukowcy byli w stanie przeprowadzić szybkie obserwacje uzupełniające. Dowody sugerują, że ta konkretna eksplozja była wynikiem katastrofalnego spotkania masywnej gwiazdy z towarzyszącą jej czarną dziurą.

Towarzysz albo częściowo połknął gwiazdę, albo rozerwał ją na kawałki, zanim ta zdążyła eksplodować.

Warto zauważyć, że sztuczna inteligencja, którą astronomowie wykorzystują do znajdowania ulotnych anomalii w czasie rzeczywistym, regularnie i „bez polegania na szczęściu”, może być również wykorzystywana w diagnostyce medycznej, zapobieganiu oszustwom finansowym i zapewnianiu bezpieczeństwa narodowego, co pokazuje wszechstronność i szeroki zakres możliwości systemu.

Uchwycenie kosmicznych eksplozji w ich najwcześniejszych momentach

Najnowsze odkrycie zostało zgłoszone w tym miesiącu przez zespół astronomów, który zaobserwował eksplozję ogromnej gwiazdy uwięzionej na orbicie z czarną dziurą. został zrobiony z pomocą systemu AI, który aktywnie poszukuje gwiazd tuż po ich eksplozji.

Nazwa eksplozji to SN 2023zkd i została ona po raz pierwszy wykryta dwa lata temu przez Zwicky Transient Facility. został zidentyfikowany za pośrednictwem zupełnie nowego modelu sztucznej inteligencji, który był zaprojektowany aby sygnalizować w czasie rzeczywistym wszelkie nietypowe eksplozje lub wydarzenia kosmiczne.

Dzięki wczesnemu ostrzeżeniu zespół badaczy mógł natychmiast rozpocząć dalsze obserwacje, co jest ważnym krokiem w kierunku uchwycenia eksplozji od jej najwcześniejszych etapów, poznania jej pełnej historii i znalezienia jej źródeł.

Gdy eksplozja się skończyła, zaobserwowano przez teleskopy z kosmosu jak również Na Ziemi. W tym przypadku dwa teleskopy w obserwatorium astronomicznym Haleakalāa na Hawajach zostały wykorzystane przez Young Supernova Experiment (YSE) z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Cruz.

„Czegoś dokładnie takiego jak ta supernowa nie było był widziany zanim, więc „może to być bardzo rzadkie”.

– Ryan Foley, profesor nadzwyczajny astronomii i astrofizyki na Uniwersytecie Kalifornijskim w Santa Cruz

Zauważył, że choć ludzie potrafią dobrze dostrzegać rzeczy, które „nie są takie same jak inne”, algorytm sztucznej inteligencji potrafi je oznaczyć znacznie wcześniej, niż moglibyśmy zauważyć, a to ma kluczowe znaczenie w przypadku obserwacji wrażliwych na czas.

Zespół Foleya faktycznie prowadzi YSE, badanie w domenie czasu, którego celem jest odkrywanie nowych supernowych (SN) i innych kosmicznych zjawisk przejściowych w ciągu kilku godzin lub dni od ich wybuchu. Działa ono głównie z wykorzystaniem teleskopów Pan-STARRS, które wkrótce będą badać 1500 stopni kwadratowych nieba co trzy dni. 

Według oficjalna strona internetowaCelem YSE jest znalezienie statystycznych próbek młodych, czerwonych i rzadkich osobników przejściowych. aby lepiej zrozumieć zmienność czarnych dziur.

Przeglądanie około 4% powierzchni nocnego nieba co trzy dni pozwoliło zespołowi na odkrycie tysięcy nowych kosmicznych eksplozji, z których kilkadziesiąt miało miejsce zaledwie kilka dni lub godzin po eksplozji. 

Teraz odkryli coś interesującego na temat SN 2023zkd, co był szczegółowy w badaniu zatytułowanym „Dowody na połączenie binarne wywołane niestabilnością w supernowej typu IIn o podwójnym szczycie, bogatej w hel (2023zkd)".² Badanie opublikowane w czasopiśmie Astrophysical Journal jest finansowany przez NASA, Narodową Fundację Nauki, Fundację Moore’a i Fundację Packarda.

Według astronomów, którzy dokonali najnowszego odkrycia, zderzenie masywnej gwiazdy z czarną dziurą było nieuniknione.

Gwiazda była zablokowana na orbicie wokół czarnej dziury i jako energia została utracona Z orbity zbliżyły się do siebie. Ich odległość nadal malała, podczas gdy silna grawitacja czarnej dziury przyciągała pył i gaz z gwiazdy do dysku.

Ten nadal on, a zanim gwiazda zdążyła pochłonąć gęstą czarną dziurę, jej grawitacyjne oddziaływanie spowodowało eksplozję gwiazdy.

Kiedy eksplozja zderzyła się z powłokami materii pozostałymi po wcześniejszych interakcjach, znajdującymi się powyżej i poniżej dysku, nastąpiło gwałtowne ponowne rozjaśnienie.

Według Alexandra Gagliano, głównego autora badania i pracownika naukowego Instytutu NSF ds. Sztucznej Inteligencji i Interakcji Fundamentalnych:

„Nasza analiza pokazuje, że wybuch został wywołany w wyniku katastrofalnego spotkania z czarną dziurą, co stanowi najsilniejszy jak dotąd dowód na to, że tak bliskie oddziaływania mogą faktycznie doprowadzić do detonacji gwiazdy”. 

Chociaż ma był znany Gagliano zauważył, że większość masywnych gwiazd znajduje się w układach podwójnych, co oznacza, że ​​„uchwycenie gwiazdy w trakcie wymiany masy na krótko przed eksplozją jest niezwykle rzadkie”.

Ale to nie jedyna interpretacja. Zespół rozważał wiele scenariuszy powstania supernowej.

Drugim wytłumaczeniem, według zespołu naukowców, jest to, że czarna dziura całkowicie rozerwała masywną gwiazdę, zanim ta zdążyła eksplodować sama, w procesie zwanym „spaghetfikacją”. Czarna dziura wciągnęła następnie szczątki gwiazdy. Kiedy te szczątki zderzyły się z otaczającym ją gazem, wytworzyły jasne światło. Dane nie wskazują na tak silne prawdopodobieństwo tego zjawiska.

W obu scenariuszach pozostaje tylko cięższa czarna dziura. Zgodnie z badaniami, jaśniejszy prekursor optyczny i charakterystyka eksplozji są znalezione najbardziej zgodne z teorią ogromnej i w połowie pozbawionej materii gwiazdy He przechodzącej przez wywołane niestabilnością połączenie z towarzyszącą jej czarną dziurą.

Kliknij tutaj, aby dowiedzieć się wszystkiego o Kosmicznym Teleskopie Jamesa Webba.

Dziwne życie supernowej SN 2023zkd

SN 2023zkd znajduje się około 730 milionów lat świetlnych od Ziemi. Na pierwszy rzut oka wyglądała jak zwykła supernowa – pojedynczy błysk światła, który powoli zanika z czasem. Ale tak nie było. 

Astronomowie przez wiele miesięcy monitorowali zanikanie supernowej 2023zkd i odkryli, że supernowa ponownie się rozjaśniła. Zespół postanowił więc przeanalizować dane archiwalne, aby dowiedzieć się więcej o tym niezwykłym zachowaniu, które ujawniło kolejną unikalną cechę.

Obserwacje tej niezwykłej supernowej w zakresie od ultrafioletu do podczerwieni wykazały trwałą i jasną emisję prekursora trwającą kilka lat przed odkryciem, po której nastąpiła druga faza powolnego rozjaśniania w ostatnim roku.

Po odkryciu supernowa wykazała dwa porównywalne szczyty jasności oddalone od siebie o 240 dni, czyli około ośmiu miesięcy.

Spektroskopowo wykazywał silnie asymetryczne, wieloskładnikowe profile Balmera i He I. Są to specyficzne linie widmowe wodoru (H) i helu (He) obserwowane w widmach gwiazd, wykorzystywane do określania wieku i składu populacji gwiazd w galaktykach i innych obiektach kosmicznych.

Zatem jeszcze przed eksplozją jasność układu powoli rosła przez ponad cztery lata, czyli około 1,500 dni. I taka długotrwała aktywność przed eksplozją rzadko się widuje w supernowych. 

Gwiazda doświadczyła zasadniczo dwóch poważnych erupcji przed śmiercią. Szczegółowa analiza wykazała również, że światło eksplozji było wynikiem materii, którą gwiazda straciła na przestrzeni lat przed śmiercią. 

„2023zkd wykazuje jedne z najwyraźniejszych oznak interakcji masywnej gwiazdy z gwiazdą towarzyszącą, jakie widzieliśmy na lata przed eksplozją” – powiedziała współautorka badania, Ashley Villar, adiunkt astronomii na Uniwersytecie Harvarda w Massachusetts. „Uważamy, że może to być część całej klasy ukrytych eksplozji, które sztuczna inteligencja pomoże nam odkryć”.

Zatem rozjaśnienie, które nastąpiło przed eksplozją, było wynikiem zderzenia fali uderzeniowej supernowej z gazem o niskiej gęstości. Kolejny szczyt, kilka miesięcy później, był wynikiem powolnego i długotrwałego zderzenia z gęstą, dyskowatą chmurą.

Ta konkretna struktura, wraz z zachowaniem przed eksplozją, wskazuje na to, że umierająca gwiazda znajduje się pod ekstremalnym naprężeniem grawitacyjnym, prawdopodobnie ze strony pobliskiego, zwartego towarzysza, takiego jak czarna dziura. Po długich dyskusjach zespół zaproponował wyjaśnienie, że był to układ podwójny z czarną dziurą.

Aby mieć pewność, że obserwacje są wyrównane dzięki ich wyjaśnieniom zespół zbudował system i metodycznie go zademonstrował takie jak.

Zespół „zbudował platformę oprogramowania, której używamy do konsolidacji danych i zarządzania obserwacjami. Narzędzia sztucznej inteligencji wykorzystane w tym badaniu są zintegrowane „do tego ekosystemu oprogramowania” – powiedział Foley.

Chociaż najnowsze badania pokazują, jak ważna jest sztuczna inteligencja w wykrywaniu rzadkich zjawisk kosmicznych w czasie rzeczywistym, astronomowie wskazują również na takie obiekty jak Obserwatorium Very C. Rubin i znaczącą rolę, jaką mogą one odegrać w ciągu następnej dekady. 

Obserwatorium, dawniej znane jako Large Synoptic Survey Telescope (LSST), znajduje się w chilijskich Andach i jest wyposażone w 8.4-metrowy teleskop oraz największą kamerę cyfrową, która co kilka nocy dokumentuje całe południowe niebo. Jego celem jest zrozumienie natury ciemnej materii, stworzenie inwentaryzacji obiektów takich jak asteroidy i komety w Układzie Słonecznym, badanie czarnych dziur i eksplodujących gwiazd oraz mapowanie Drogi Mlecznej.

W związku z przewidywanym odkryciem ~105 lat temu w ramach przeglądu Legacy Survey for Space and Time z Obserwatorium Rubina, w badaniu zauważono, że w tym roku drastycznie wzrośnie liczba próbek fotometrycznych (związanych z pomiarem natężenia lub strumienia światła emitowanego przez obiekty astronomiczne) supernowych typu IIn. W badaniu stwierdzono:

„Algorytmy zaprojektowane do oznaczania tych długotrwałych i ponownie rozjaśniających się przejściowych sygnałów odegrają kluczową rolę w charakteryzowaniu całego spektrum silnie oddziałujących na siebie zdarzeń”.

Obserwacje z Obserwatorium Rubina, w połączeniu z detekcją przy użyciu sztucznej inteligencji w czasie rzeczywistym, umożliwią astronomom odkrywanie i badanie rzadszych, złożonych zjawisk, co pomoże nam lepiej zrozumieć, w jaki sposób masywne gwiazdy żyją i umierają w układach podwójnych.

„Wkraczamy w erę, w której możemy automatycznie rejestrować te rzadkie zdarzenia w momencie ich wystąpienia, a nie tuż po fakcie. Oznacza to, że w końcu możemy zacząć łączyć fakty między tym, jak gwiazda żyje, a tym, jak umiera, a to jest niesamowicie ekscytujące”.

– Gagliano

Tymczasem Foley zauważył, że podczas przewidywania ścieżki AI jest trudna, ale wciąż zaawansowana i ma wiele zastosowań wykraczających poza astronomię. On powiedział:

„Można sobie łatwo wyobrazić, że podobne techniki będą stosowane do wykrywania chorób, skupiania uwagi na atakach terrorystycznych, wczesnego leczenia problemów ze zdrowiem psychicznym i wykrywania oszustw finansowych. Wszędzie tam, gdzie wykrywanie anomalii w czasie rzeczywistym mogłoby być przydatne, techniki te prawdopodobnie w końcu odegrają rolę”.

Przesuń, aby przewijać →

Inwestowanie w technologię kosmiczną

Podczas gdy kilka spółek publicznych są strategicznie rozmieszczone w dziedzinie technologii eksploracji kosmosu opartej na sztucznej inteligencji, Northrop Grumman (NOC ) wyróżnia się jako kluczowy wykonawca misji kosmicznych.

Ten obejmuje największy i najbardziej złożony teleskop kosmiczny, jaki kiedykolwiek zbudowano. Zbudowano Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba NASA We współpracy z Northrop Grumman, który kierował projektowaniem, rozwojem i integracją systemów obserwatorium. W 2022 roku teleskop udostępnił swój pierwszy obraz.

Northrop Grumman (NOC )

Firma rozszerza również wykorzystanie sztucznej inteligencji w kosmosie, aby usprawnić działanie statków kosmicznych. Rozwijając technologię robotyki opartej na sztucznej inteligencji, firma dąży do umożliwienia operacji w wysoce złożonych środowiskach, w tym w przyszłych misjach kosmicznych. Planowane jest dalsze zastosowanie sztucznej inteligencji agentowej we wszystkich fazach operacji statków kosmicznych.

Ogólnie rzecz biorąc, globalna firma technologii lotniczo-kosmicznej i obronnej działa w kilku głównych segmentach: systemy kosmiczne, systemy misji, systemy obronne i systemy lotnicze.

Kapitalizacja rynkowa spółki wynosi 84.8 mld dolarów, a akcje NOC, w chwili pisania tego tekstu, są wyceniane na 592.44 dolarów, co oznacza wzrost o 26.24% od początku roku. Zysk na akcję (TTM) spółki wynosi 25.36, a wskaźnik P/E (TTM) 23.36. Akcjonariusze Northrop Grumman mogą liczyć na dywidendę w wysokości 1.56%.

Jeśli chodzi o wyniki finansowe, w drugim kwartale 2 roku firma odnotowała sprzedaż w wysokości 2025 miliarda dolarów. Zysk netto w tym okresie wyniósł 10.4 miliarda dolarów, czyli 1.2 dolara na rozwodnioną akcję. 

Dochód operacyjny wyniósł 335 milionów dolarów, gotówka netto z działalności operacyjnej 557 milionów dolarów, a wolne przepływy pieniężne 468 milionów dolarów. Łączna wartość nagród netto w tym kwartale wyniosła 7.4 miliarda dolarów, a łączny portfel zamówień wyniósł 89.7 miliarda dolarów. 

Współpracujemy z naszymi klientami, aby przyspieszyć dostarczanie rozwiązań, które umożliwią im realizację wizji pokoju poprzez siłę. Wciąż obserwujemy rosnący popyt na całym świecie na naszą szeroką ofertę produktów.

– Dyrektor generalna Kathy Warden

Firma zwróciła również akcjonariuszom ponad 700 milionów dolarów poprzez skup akcji i dywidendy.

Rola sztucznej inteligencji w astronomii i nie tylko

Sztuczna inteligencja zmienia oblicze wielu gałęzi przemysłu, w tym astronomii, gdzie stała się kluczowym narzędziem umożliwiającym naukowcom rejestrowanie w czasie rzeczywistym rzadkich i ulotnych zjawisk kosmicznych, takich jak SN 2023zkd, co jeszcze kilka lat temu było niemal niemożliwe.

W miarę jak narzędzia sztucznej inteligencji łączą się z masowymi przeglądami nieba i obserwatoriami, takimi jak Rubin, otwierając drzwi do wielu kolejnych odkryć, fakt, że te same techniki można zastosować również w medycynie, finansach, bezpieczeństwie narodowym i innych dziedzinach, podkreśla ich ogromny potencjał krzyżowy, zwiastując nową erę innowacji.

Kliknij tutaj, aby dowiedzieć się wszystkiego o inwestowaniu w sztuczną inteligencję.

Referencje:

1. Hahn, C., Lemos, P., Parker, L. i in. Ograniczenia kosmologiczne wynikające z niegaussowskiego i nieliniowego grupowania galaktyk z wykorzystaniem modelu wnioskowania SimBIG. Nature Astronomy, 8, 1457–1467, opublikowano 21 sierpnia 2024 r. 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. i in. Dowody na połączenie się gwiazd podwójnych wywołane niestabilnością w supernowej typu IIn o podwójnym szczycie, bogatej w hel, 2023zkd. The Astrophysical Journal, 989, 182, opublikowano 13 sierpnia 2025 r. https://doi.org/10.3847/1538-4357/adea38