AI upptäcker sällsynt supernova SN 2023zkd i realtid

En sällsynt supernova vid namn SN 2023zkd har upptäckts av astronomer med hjälp av artificiell intelligens (AI).

AI är används nu i stor utsträckning inom olika branscher såsom finans, sjukvård, tillverkning, cybersäkerhet, katastrofhantering och kundservice. Det förändrar världen genom att automatisera repetitiva uppgifter, arbeta kontinuerligt utan trötthet, bearbeta och analysera stora mängder komplex data, minimera fel och förbättra beslutsfattandet.

Tekniken, som hänvisar till maskiners förmåga att utföra uppgifter som vanligtvis är relaterade till mänsklig intelligens, hjälper oss också att upptäcka nya objekt på himlen och fördjupa vår förståelse av universum.

För ett par månader sedan hjälpte till exempel AI ett internationellt team av astronomer att reda ut universums mysterier genom att bedöma data om svarta hål. Med hjälp av mer än 12 miljoner simuleringar fann forskare att Vintergatans centrala svarta hål roterar med nästan sin maximala hastighet.

För att uppnå detta använde teamet syntetiska simuleringar för att träna nätverket, vilket möjliggjorde upptäckten av nya kosmiska insikter om svarta hål.

Nätverket tränades att avslöja information från data bakom bilderna av det svarta hålet Sagittarius A* som presenterades av Event Horizon Telescope (EHT) Collaboration år 2022.

Medan tidigare studier endast använde en liten mängd realistiska syntetiska data, Den senaste studien matade in miljontals filer i ett Bayesianskt neuralt nätverk, möjliggjort av CHTC:s högkapacitetsberäkningskapacitet, för att göra en mer exakt jämförelse mellan EHT-data och modellerna.

Det neurala nätverket antydde att det svarta hålet roterar med nästan topphastighet, och att emissionen i närheten inte orsakas av en jetstråle utan av extremt heta elektroner i den omgivande ackretionsskivan. Dessutom verkar magnetfälten i skivan bete sig annorlunda än vad som har gjorts. tidigare misstänkt.

Enligt ledande forskare Michael Janssen vid Radboud University Nijmegen:

”Att vi trotsar den rådande teorin är naturligtvis spännande. Jag ser dock vår AI- och maskininlärningsmetod främst som ett första steg. Därefter kommer vi att förbättra och utöka de tillhörande modellerna och simuleringarna.”

En annan studie från förra året använde AI för att bestämma fem kosmologiska parametrar eller den ursprungliga "Universums inställningar¹”med precision. Dessa parametrar, utvunna från en datauppsättning (SDSS) som innehåller information om mer än 100,000 XNUMX galaxer, avgör hur universum fungerar i de största skalorna.

För att utvinna värdefull information ur datamängden måste teamet först träna AI:n i vad den ska leta efter.Och för att de skapade 2,000 XNUMX simulerade universum, vart och ett med olika kosmologiska miljöer och verkliga utmaningar som upplevs i galaxkartläggningar. 

Sedan matades den med verkliga data från SDSS Baryon Oscillation Spectroscopic Survey, vilket gav imponerande resultat som gör det möjligt för astronomer att göra mer med mindre data och tänja på gränserna för astronomin.

Nu, i den senaste upptäckten, använde forskare ett nytt AI-system som heter Lightcurve Anomaly Identification and Similarity Search (LAISS), vilket Är baserad på Spotifys algoritm.

Systemet, som skapats av det globala forskningsuniversitetet UC Santa Cruz, jämför egenskaperna hos supernovan SN 2023zkd mot en datauppsättning av kända objekt för att upptäcka eventuella avvikelser, vilket kan tyda på ett sällsynt fenomen. När AI:n hittar något värt att undersöka skickar den kandidater till forskare för analys i realtid.

Med hjälp av det AI-systemet kunde astronomerna identifiera supernovan inom några timmar efter dess explosion. En supernova är en extremt kraftfull och ljusstark explosion av en stjärna, vilket är bland de mest lysande händelserna i universum som tillfälligt kan överglänsa hela galaxer. 

Supernovor utgör en viktig del av kosmos, eftersom de skapar och sprider tunga element, vilka är de grundläggande byggstenarna för framtida stjärnor, planeter och liv.

Det här är korta händelser, men innan SN 2023zkd försvann kunde forskarna göra snabba uppföljande observationer. Det finns bevis som tyder på att just denna explosion var resultatet av att en massiv stjärna hade ett katastrofalt möte med en svart hålsföljeslagare.

Ledsagaren antingen svalde stjärnan delvis eller slet den isär innan den kunde explodera av sig själv.

Det är värt att notera att den AI som astronomerna använder för att hitta flyktiga avvikelser i realtid, regelbundet och "utan att förlita sig på tur", också skulle kunna användas för medicinsk diagnostik, förebyggande av ekonomiska bedrägerier och nationell säkerhet, vilket visar systemets mångsidighet och breda kapacitet.

Att fånga kosmiska explosioner i deras tidigaste ögonblick

Den senaste upptäckten rapporterades denna månad av ett astronomiskt samarbete, som noterade en explosion av en enorm stjärna instängd i en omloppsbana med ett svart hål. var gjord med hjälp av ett AI-system, som aktivt letar efter stjärnor omedelbart efter att de exploderat.

Explosionens namn är SN 2023zkd, och den upptäcktes först för två år sedan av Zwicky Transient Facility. Den identifierades genom en helt ny AI-modell, som var designad för att flagga eventuella ovanliga explosioner eller kosmiska händelser i realtid.

Genom att ha en tidig varning kunde forskargruppen direkt påbörja uppföljande observationer, vilket är ett viktigt steg för att fånga explosionen från dess tidigaste stadier, täcka hela dess historia och hitta dess ursprung.

När explosionen var över, observerades med teleskop från rymden såväl som på marken. I det här fallet användes två teleskop vid Hawaiis astronomiska forskningsobservatorium (Haleakalāa) av det UC Santa Cruz-baserade Young Supernova Experiment (YSE).

"Något exakt som denna supernova har inte setts innan, Så det kan vara mycket ovanligt.”

– Ryan Foley, docent i astronomi och astrofysik vid UC Santa Cruz

Även om människor också är bra på att upptäcka saker som "inte är som de andra", noterade han att AI-algoritmen kan flagga dem mycket tidigare än vi kanske märker, och det är avgörande för tidskänsliga observationer.

Foleys team driver faktiskt YSE, en tidsdomänundersökning utformad för att upptäcka nya supernovor (SNe) och andra kosmiska transienter inom timmar eller dagar efter deras explosion. Den arbetar huvudsakligen med Pan-STARRS-teleskop som snart kommer att kartlägga 1500 kvadratgrader av himlen var tredje dag. 

Enligt officiell hemsidaYSE:s mål är att hitta statistiska urval av unga, röda och sällsynta transienta förekomster. Det syftar också till att för att bättre förstå variationen i svarta hål.

Genom att kartlägga cirka 4 % av natthimlen var tredje dag har teamet kunnat upptäcka tusentals nya kosmiska explosioner, varav dussintals bara dagar eller timmar efter explosionen. 

Nu har de upptäckt något intressant om SN 2023zkd, vilket var detaljerad i studien med titeln 'Bevis för en instabilitetsinducerad binär sammanslagning i den dubbeltoppade, heliumrika typ IIn-supernovan 2023zkd.'² Studien publicerades i Astrophysical Journal är finansierat av NASA, National Science Foundation, Moore Foundation och Packard Foundation.

Enligt astronomerna bakom den senaste upptäckten var en kollision mellan den massiva stjärnan och det svarta hålet oundviklig.

Stjärnan var låst i en omloppsbana med det svarta hålet, och som energin gick förlorad från omloppsbanan kom de närmare varandra. Deras avstånd fortsatte att minska medan det svarta hålets intensiva gravitation drog stoft och gas från stjärnan in i en skiva.

Detta fortsatte on, och innan stjärnan hann sluka det täta svarta hålet, orsakade det senares gravitationspåverkan att stjärnan exploderade.

När explosionen kolliderade med skal av material från tidigare interaktioner, belägna ovanför och under skivan, utlöste den en dramatisk återuppljusningshändelse.

Enligt Alexander Gagliano, studiens huvudförfattare och fellow vid NSF Institute for Artificial Intelligence and Fundamental Interactions:

"Vår analys visar att explosionen utlöstes genom ett katastrofalt möte med en följeslagare till ett svart hål, och är det starkaste beviset hittills för att sådana nära interaktioner faktiskt kan detonera en stjärna.” 

Medan det har varit känd att de flesta massiva stjärnor finns i dubbelfigurer, noterade Gagliano att ”det är otroligt sällsynt att upptäcka en när den utbyter massa strax innan den exploderar.”

Men detta är inte den enda tolkningen. Teamet övervägde faktiskt flera ursprungsscenarier för supernovan.

Den andra, enligt forskargruppen, är att det svarta hålet slet sönder den massiva stjärnan fullständigt innan den kunde explodera av sig själv, genom en process som kallas "spaghettifiering". Det svarta hålet drog sedan in stjärnans skräp. När detta skräp krasade in i gasen som omgav den, producerade det det starka ljuset. Data tyder inte lika starkt på att detta är fallet.

I båda scenarierna är det tyngre svarta hålet det enda som lämnas kvar. Enligt studien, den ljusande optiska föregångaren och explosionens egenskaper är hittad för att vara mest förenlig med en enorm och halvvägs avskalad He-stjärna som genomgår en instabilitetsinducerad sammanslagning med en följeslagare från ett svart hål.

Klicka här för att lära dig allt om James Webb-rymdteleskopet.

Supernovans märkliga liv SN 2023zkd

SN 2023zkd ligger ungefär 730 miljoner ljusår från vår planet jorden. Till en början såg den ut som vilken supernova som helst, en enda ljusexplosion som långsamt avtar med tiden. Men så var inte fallet. 

Medan astronomer fortsatte att övervaka nedgången för SN 2023zkd under många månader fann de att supernovan ljusnade upp igen. Så teamet började studera arkivdata för att få insikt i detta ovanliga beteende, vilket avslöjade ytterligare en unik egenskap.

Ultravioletta till infraröda observationer av den extraordinära supernovan visade ihållande och ljusstark prekursoremission som sträckte sig över flera år före upptäckten, följt av en andra fas av långsam ljusning under dess sista år.

Efter upptäckten uppvisade supernovan två jämförbara ljusstyrketoppar med 240 dagars mellanrum, eller cirka åtta månader.

Spektroskopiskt uppvisade den starkt asymmetriska, flerkomponents Balmer- och HeI-profiler. Dessa är specifika spektrallinjer för väte (H) och helium (He) observerade i stjärnspektra, som används för att bestämma åldern och sammansättningen av stjärnpopulationer i galaxer och andra kosmiska objekt.

Så, innan explosionen ens inträffade, ökade systemets ljusstyrka långsamt i över fyra år, eller cirka 1,500 XNUMX dagar. Och den här typen av långvarig aktivitet före explosionen ses sällan i supernovor. 

Stjärnan upplevde i princip två stora utbrott innan den dog. En detaljerad analys indikerade också att explosionsljuset var ett resultat av det material som stjärnan hade släppt ut under åren innan den dog. 

”2023zkd visar några av de tydligaste tecknen vi har sett på en massiv stjärna som interagerar med en följeslagare under åren före explosionen”, säger studiens medförfattare, Ashley Villar, som är biträdande professor i astronomi vid Harvard University i Massachusetts. ”Vi tror att detta kan vara en del av en hel klass av dolda explosioner som AI kommer att hjälpa oss att upptäcka.”

Så, ljusningen som inträffade före explosionen var resultatet av supernovans chockvåg som slog in i gas med låg densitet. En annan topp, månader senare, var resultatet av en långsam och ihållande nedslag med det täta, skivliknande molnet.

Denna specifika struktur, tillsammans med beteendet före explosionen, pekar på att den döende stjärnan är under extrem gravitationspåverkan, möjligen från en närliggande, kompakt följeslagare som ett svart hål. Efter mycket diskussion kom teamet fram till förklaringen att det var ett binärt system med ett svart hål.

För att säkerställa att observationerna är inriktade Med sin förklaring byggde teamet systemet och demonstrerade det metodiskt som sådan.

Teamet ”byggde den mjukvaruplattform som vi använder för att konsolidera data och hantera observationer. AI-verktygen som används för denna studie är integrerade in i detta mjukvaruekosystem”, sa Foley.

Medan den senaste studien visar vikten av AI för att upptäcka sällsynta kosmiska händelser i realtid, pekar astronomerna också på anläggningar som Vera C. Rubin-observatoriet och den betydande roll de kan spela under det kommande decenniet. 

Observatoriet, tidigare känt som Large Synoptic Survey Telescope (LSST), ligger i de chilenska Anderna och är utrustat med ett 8.4-metersteleskop och den största digitalkameran för att dokumentera hela den södra himlen med några nätters mellanrum. Dess mål är att förstå den mörka materians natur, skapa en inventering av objekt som asteroider och kometer i solsystemet, utforska svarta hål och exploderande stjärnor samt kartlägga Vintergatan.

Med den kommande Legacy Survey for Space and Time från Rubin Observatory som förväntas upptäcka ~105 år−1, noterade studien att de fotometriska (som handlar om att mäta intensiteten eller flödet av ljus som utstrålas av astronomiska objekt) proverna av SNe IIn kommer att öka dramatiskt i år. Studien konstaterade:

"Algoritmer utformade för att flagga dessa långlivade och återupplivande transienter kommer att spela en avgörande roll för att karakterisera hela bredden av starkt interagerande händelser."

Observationer från Rubin-observatoriet, i kombination med AI-detektering i realtid, kommer att göra det möjligt för astronomer att upptäcka och studera mer sällsynta, komplexa händelser, vilket hjälper oss att bättre förstå hur massiva stjärnor lever och dör i binära system.

"Vi går nu in i en era där vi automatiskt kan fånga dessa sällsynta händelser när de inträffar, inte bara i efterhand. Det betyder att vi äntligen kan börja koppla ihop punkterna mellan hur en stjärna lever och hur den dör, och det är otroligt spännande."

– Gagliano

Samtidigt noterade Foley att medan han förutspådde AI:ns väg är svårt, det är fortfarande avancerat och har många användningsområden som går utöver astronomi. Han sade:

"Man kan lätt föreställa sig liknande tekniker som används för att screena för sjukdomar, fokusera uppmärksamheten på terroristattacker, behandla psykiska problem tidigt och upptäcka ekonomiska bedrägerier. Överallt där realtidsdetektering av avvikelser kan vara användbart kommer dessa tekniker sannolikt så småningom att spela en roll."

Svep för att skrolla →

Investeringar i rymdteknik

Medan flera publika företag är strategiskt placerade inom området AI-rymdutforskningsteknik, Northrop Grumman (NOC -0.96%) framstår som en viktig entreprenör för rymduppdrag.

Detta inkluderar det största och mest komplexa rymdteleskopet som någonsin byggts. NASA:s James Webb-rymdteleskop byggdes i samarbete med Northrop Grumman, som ledde designen, utvecklingen och systemintegrationen av observatoriet. År 2022 visade teleskopet sin första bild.

Northrop Grumman (NOC -0.96%)

Företaget har också utökat sin användning av AI i rymden för att förbättra rymdfarkostoperationer. Genom att utveckla AI-robotteknik syftar man till att möjliggöra operationer i mycket komplexa miljöer, inklusive framtida rymduppdrag. Agentic AI planeras vidare för tillämpning i alla faser av rymdfarkostoperationer.

Generellt sett verkar det globala flyg- och försvarsteknikföretaget genom några viktiga segment: rymdsystem, uppdragssystem, försvarssystem och flygtekniksystem.

Den har ett börsvärde på 84.8 miljarder dollar och NOC-aktier handlas i skrivande stund till 592.44 dollar, en ökning med 26.24 % jämfört med året innan. Den har en vinst per aktie (TTM) på 25.36 och ett P/E-värde (TTM) på 23.36. Northrop Grummans aktieägare har en direktavkastning på 1.56 %.

När det gäller dess finansiella rapporterade företaget en försäljning på 2 miljarder dollar för andra kvartalet 2025. Nettoresultatet för perioden landade på 10.4 miljarder dollar, eller 1.2 dollar per utspädd aktie. 

Rörelseresultatet var 335 miljoner dollar, nettokassaflödet från den löpande verksamheten var 557 miljoner dollar och det fritt kassaflödet var 468 miljoner dollar. Nettoprisen under kvartalet uppgick till 7.4 miljarder dollar, medan den totala orderstocken var 89.7 miljarder dollar. 

”Vi arbetar med våra kunder för att påskynda leveransen av kapacitet för att möjliggöra deras vision om fred genom styrka. Vi fortsätter att se en växande global efterfrågan på vårt breda utbud av produkterbjudanden.”

– VD Kathy Warden

Företaget återlämnade också över 700 miljoner dollar till aktieägarna genom återköp av aktier och utdelningar.

AI:s roll inom astronomi och därefter

AI förändrar branscher, inklusive astronomi, där det har blivit ett viktigt verktyg för att forskare ska kunna fånga sällsynta och flyktiga kosmiska händelser som SN 2023zkd i realtid, något som var nästan omöjligt för bara några år sedan.

I takt med att AI-verktyg kombineras med massiva kartläggningar av himlen och observatorier som Rubin för att öppna dörren för många fler upptäckter, belyser det faktum att samma tekniker också kan tillämpas inom medicin, finans, nationell säkerhet och bortom deras enorma potential för övergripande interaktion, vilket signalerar en ny era av innovation.

Klicka här för att lära dig allt om att investera i artificiell intelligens.

Referenser:

1. Hahn, C., Lemos, P., Parker, L., et al. Kosmologiska begränsningar från icke-Gaussisk och ickelinjär galaxklustring med hjälp av SimBIG-inferensramverket. Nature Astronomy, 8, 1457–1467, publicerad 21 augusti 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. Bevis för en instabilitetsinducerad binär sammanslagning i den dubbeltoppade, heliumrika typ IIn-supernovan 2023zkd. The Astrophysical Journal, 989, 182, publicerad 13 augusti 2025. https://doi.org/10.3847/1538-4357/adea38