AI opdager sjælden supernova SN 2023zkd i realtid

En sjælden supernova ved navn SN 2023zkd er blevet opdaget af astronomer med hjælp fra kunstig intelligens (AI).

AI er nu i vid udstrækning brugt på tværs af industrier såsom finans, sundhedspleje, fremstilling, cybersikkerhed, katastrofehåndtering og kundeservice. Det transformerer verden ved at automatisere gentagne opgaver, arbejde kontinuerligt uden træthed, behandle og analysere enorme mængder komplekse data, minimere fejl og forbedre beslutningstagning.

Teknologien, som refererer til maskiners evne til at udføre opgaver, der normalt er forbundet med menneskelig intelligens, hjælper også med at opdage nye objekter på himlen og uddybe vores forståelse af universet.

For eksempel hjalp AI for et par måneder siden et internationalt team af astronomer med at afdække universets mysterier ved at vurdere data om sorte huller. Ved at bruge mere end 12 millioner simulationer fandt forskerne, at det centrale sorte hul i Mælkevejen roterer næsten med sin maksimale hastighed.

For at opnå dette brugte teamet syntetiske simulationer til at træne netværket, hvilket muliggør opdagelsen af nye kosmiske indsigter om sorte huller.

Netværket blev trænet til at afdække information fra dataene bag billederne af det sorte hul Sagittarius A*, som blev præsenteret af Event Horizon Telescope (EHT) samarbejdet i 2022.

Mens tidligere studier kun brugte en lille mængde realistisk syntetisk data, den seneste undersøgelse fodrede millioner af filer ind i et Bayesisk neuralt netværk, muliggør af de højkapacitetsberegningsmuligheder fra CHTC, for at lave en mere præcis sammenligning mellem EHT-dataene og modellerne.

Det neurale netværk antydede, at det sorte hul roterer med næsten maksimal hastighed, og udsendelsen i nærheden skyldes ikke en jet, men ekstremt varme elektroner i den omgivende akkretionsskive. Desuden ser de magnetiske felter i skiven ud til at opføre sig anderledes end hvad der tidligere er blevet antaget.

Ifølge hovedforsker Michael Janssen fra Radboud University Nijmegen:

“At vi udfordrer den gældende teori er selvfølgelig spændende. Men jeg ser vores AI- og maskinlæringsmetode primært som et første skridt. Næste skridt vil være at forbedre og udvide de tilknyttede modeller og simulationer.”

En anden undersøgelse fra sidste år brugte AI til at bestemme fem kosmologiske parametre eller de oprindelige “indstillinger af universet¹” med præcision. Disse parametre, udtrukket fra et datasæt (SDSS) indeholdende information om mere end 100.000 galakser, bestemmer hvordan universet fungerer på de største skalaer.

For at udtrække værdifuld information fra datasættet, skal teamet først træne AI’en i, hvad den skal lede efter, og til det har de skabt 2.000 simulerede universer, hver med forskellige kosmologiske indstillinger og virkelige udfordringer oplevet i galakseundersøgelser. 

Derefter blev den fodret med reelle data fra SDSS Baryon Oscillation Spectroscopic Survey, hvilket gav imponerende resultater, der gør det muligt for astronomer at gøre mere med færre data og skubbe grænserne for astronomi.

Nu, i den seneste opdagelse, brugte videnskabsfolk et nyt AI-system kaldet Lightcurve Anomaly Identification and Similarity Search (LAISS), som er baseret på Spotify-algoritmen.

Skabt af det globale forskningsuniversitet UC Santa Cruz, sammenligner systemet egenskaberne ved supernova SN 2023zkd med et datasæt af kendte objekter for at opdage eventuelle anomalier, som kan indikere et sjældent fænomen. Når AI’en finder noget, der er værd at undersøge, sender den kandidater til forskere til analyse i realtid.

Ved at bruge dette AI-system var astronomerne i stand til at identificere supernovaen inden for timer efter dens eksplosion. En supernova er en ekstremt kraftig og lysstærk eksplosion af en stjerne, som er blandt de mest lysstærke begivenheder i universet, der midlertidigt kan overstråle hele galakser. 

Supernovaer udgør en væsentlig del af kosmos, da de skaber og spreder tunge grundstoffer, som er de grundlæggende byggesten for fremtidige stjerner, planeter og liv.

Dette er korte begivenheder, men før SN 2023zkd aftog, var forskerne i stand til at foretage hurtige opfølgende observationer. Beviser tyder på, at denne specifikke eksplosion var resultatet af, at en massiv stjerne havde en katastrofal møde med en sort hul-kompagni.

Kompanjongen enten slugte stjernen delvist eller rev den fra hinanden, før den kunne eksplodere på egen hånd.

Bemærkelsesværdigt kunne AI’en, som astronomerne brugte til at finde flygtige anomalier i realtid, regelmæssigt og ‘uden at stole på held,’ også anvendes til medicinsk diagnostik, forebyggelse af økonomisk svindel og national sikkerhed, hvilket viser systemets alsidighed og brede kapaciteter.

Fange kosmiske eksplosioner i deres tidligste øjeblikke

Den seneste opdagelse blev rapporteret denne måned af et astronomisamarbejde, som bemærkede en eksplosion af en enorm stjerne i en bane med et sort hul. Denne opdagelse blev gjort med hjælp fra et AI-system, som aktivt søger efter stjerner umiddelbart efter de eksploderer.

Eksplosionens navn er SN 2023zkd, og den blev først opdaget for to år siden af Zwicky Transient Facility. Den blev identificeret gennem en splinterny AI-model, som blev designet til at markere enhver usædvanlig eksplosion eller kosmisk begivenhed i realtid.

At have en tidlig advarsel gjorde det muligt for forskerholdet at starte opfølgende observationer med det samme, hvilket er et vigtigt skridt for at indfange eksplosionen fra dens tidligste faser, dække dens fulde historie og finde dens oprindelse.

Når eksplosionen var forbi, blev den observeret af teleskoper fra rummet såvel som på jorden. I dette tilfælde blev to teleskoper ved Hawaiis astronomiske forskningsobservatorium (Haleakalāa) brugt af UC Santa Cruz-baserede Young Supernova Experiment (YSE).

“Noget præcis som denne supernova er ikke set før, så den kan være meget sjælden.”

– Ryan Foley, lektor i astronomi og astrofysik ved UC Santa Cruz

Mens mennesker også er gode til at opdage ting, der ‘ikke er som de andre’, bemærkede han, at AI-algoritmen kan markere dem meget tidligere, end vi måske bemærker, og det er kritisk for tidsfølsomme observationer.

Foleys team driver faktisk YSE, en tidsdomæneundersøgelse designet til at opdage nye supernovaer (SNe) og andre kosmiske transiente inden for timer eller dage efter deres eksplosion. Den opererer primært med Pan-STARRS-teleskoper, som snart vil undersøge 1500 kvadratgrader af himlen hver tredje dag. 

Ifølge den officielle hjemmeside er YSE’s mål at finde statistiske prøver af unge, røde og sjældne transiente. Det har også til formål at forstå sort hul-variabilitet bedre.

Ved at undersøge omkring 4 % af nattehimlen hver tredje dag har teamet kunnet opdage tusindvis af nye kosmiske eksplosioner, med dusinvis af dem kun dage eller timer efter eksplosionen. 

Nu har de opdaget noget interessant om SN 2023zkd, som blev detaljeret i undersøgelsen med titlen ‘Evidence for an Instability-induced Binary Merger in the Double-peaked, Helium-rich Type IIn Supernova 2023zkd.’² Publiceret i Astrophysical Journal, er undersøgelsen finansieret af NASA, National Science Foundation, Moore Foundation og Packard Foundation.

Ifølge astronomerne bag den seneste opdagelse var en kollision mellem den massive stjerne og det sorte hul uundgåelig.

Stjernen var låst i en bane med det sorte hul, og da energien gik tabt fra banen, kom de tættere på hinanden. Deres afstand fortsatte med at falde, mens det sorte huls intense gravitation trak støv og gas fra stjernen ind i en skive.

Dette fortsatte på, og før stjernen kunne fortære det tætte sorte hul, forårsagede den sidste’s gravitationelle stress, at stjernen eksploderede.

Da eksplosionen kolliderede med materialeskaller fra tidligere interaktioner, placeret over og under skiven, skabte den en dramatisk genoplysning.

According to Alexander Gagliano, the study’s lead author and a fellow at the NSF Institute for Artificial Intelligence and Fundamental Interactions:

“Vores analyse viser, at eksplosionen blev udløst af en katastrofal møde med en sort hul-kompagni, og er den stærkeste evidens til dato for, at sådanne tætte interaktioner faktisk kan detonere en stjerne.” 

Selvom det er kendt, at de fleste massive stjerner er i binære systemer, bemærkede Gagliano, at “at fange en i færd med at udveksle masse kort før den eksploderer er utrolig sjældent”.

Men dette er ikke den eneste fortolkning. Teamet overvejede faktisk flere oprindelsesscenarier for supernovaen.

Den anden, ifølge holdet af videnskabsfolk, er at det sorte hul rev den massive stjerne fuldstændigt fra hinanden, før den kunne eksplodere på egen hånd, gennem en proces kaldet “spaghettificering”. Det sorte hul trak derefter stjernens affald ind. Da dette affald kolliderede med den omgivende gas, producerede det det lyse lys. Data indikerer ikke stærkt, at dette er tilfældet.

I begge scenarier er det tungere sorte hul det eneste, der er tilbage. Ifølge undersøgelsen er den lysende optiske forløber og eksplosionens karakteristika mest i overensstemmelse med en enorm og halvt afskåret He-stjerne, der gennemgår en instabilitetsinduceret sammensmeltning med en sort hul-kompagni.

Klik her for at lære alt om James Webb Space Telescope.

Det mærkelige liv for supernova SN 2023zkd

SN 2023zkd er placeret cirka 730 millioner lysår fra vores planet Jorden. Først så den ud som enhver supernova, et enkelt lysudbrud, der langsomt aftager over tid. Men det var ikke tilfældet. 

Da astronomerne fortsatte med at overvåge nedgangen af SN 2023zkd over mange måneder, fandt de, at supernovaen igen blev lysere. Så vendte holdet sig mod at studere arkivdata for at få indsigt i denne usædvanlige adfærd, hvilket afslørede en anden unik egenskab.

Ultraviolet- til infrarøde observationer af den ekstraordinære supernova viste vedvarende og lysstærk forløberudsendelse, der strakte sig over flere år før opdagelsen, efterfulgt af en anden fase med langsom lysforøgelse i dens afsluttende år.

Efter opdagelsen viste supernovaen to sammenlignelige lysstyrke-toppe adskilt med 240 dage, eller omkring otte måneder.

Spektroskopisk viste den stærkt asymmetriske, multikomponent Balmer- og He I-profiler. Disse er specifikke spektrallinjer for hydrogen (H) og helium (He), observeret i stjernespektre, brugt til at bestemme alderen og sammensætningen af stjernepopulationer i galakser og andre kosmiske objekter.

Så, før eksplosionen overhovedet fandt sted, steg systemet allerede langsomt i lysstyrke i over fire år, eller omkring 1.500 dage. Og denne form for forlænget aktivitet før eksplosionen ses sjældent i supernovaer. 

Stjernen oplevede grundlæggende to store udbrud, før den døde. En detaljeret analyse indikerede også, at eksplosionens lys var resultatet af materialet, som stjernen havde mistet i årene før den døde. 

“2023zkd viser nogle af de klareste tegn, vi har set på en massiv stjerne, der interagerer med en kompagni i årene før eksplosionen,” sagde studiens medforfatter, Ashley Villar, som er assisterende professor i astronomi ved Harvard University i Massachusetts. “Vi tror, dette kan være en del af en hel klasse af skjulte eksplosioner, som AI vil hjælpe os med at opdage.”

Så var den lysforøgelse, der opstod før eksplosionen, resultatet af supernovaens chokbølge, der slog ind i lavtæthedsgas. Et andet top, måneder senere, var resultatet af en langsom og vedvarende påvirkning med den tætte, skive-lignende sky.

Denne specifikke struktur, sammen med forudgående eksplosionadfærd, peger på, at den døende stjerne var under ekstrem gravitationel stress, muligvis fra en nærliggende, kompakt kompagni som et sort hul. Efter mange diskussioner kom holdet frem til forklaringen, at det var et binært system med et sort hul.

For at sikre, at observationerne er i overensstemmelse med deres forklaring, byggede holdet systemet og demonstrerede det metodisk som sådan.

Holdet “byggede softwareplatformen, som vi bruger til at konsolidere data og håndtere observationer. AI-værktøjerne, der blev brugt i denne undersøgelse, er integreret i dette softwareøkosystem,” sagde Foley.

Selvom den seneste undersøgelse viser vigtigheden af AI i at opdage sjældne kosmiske begivenheder i realtid, peger astronomerne også på faciliteter som Vera C. Rubin Observatory og den betydelige rolle, de kan spille i løbet af det næste årti. 

Tidligere kendt som Large Synoptic Survey Telescope (LSST), er observatoriet placeret i de chilenske Andes-bjerge og udstyret med et 8,4-meter teleskop og det største digitale kamera til at dokumentere hele den sydlige himmel hver anden nat. Dets mål er at forstå mørkt stofs natur, skabe et inventar over objekter som asteroider og kometer i solsystemet, udforske sorte huller og eksploderende stjerner samt kortlægge Mælkevejen.

Med den kommende Legacy Survey for Space and Time fra Rubin Observatory, som forventes at opdage ∼105 yr−1, bemærkede undersøgelsen, at de fotometriske (relateret til måling af intensiteten eller fluxen af lys udsendt af astronomiske objekter) prøver af SNe IIn vil stige dramatisk i år. Undersøgelsen udtalte:

“Algoritmer designet til at markere disse langlivede og genoplysende transiente vil spille en kritisk rolle i at karakterisere hele spektret af stærkt interagerende begivenheder.”

Observationer fra Rubin Observatory, kombineret med realtids-AI-detektion, vil gøre det muligt for astronomer at opdage og studere sjældnere, komplekse begivenheder, hvilket hjælper os med bedre at forstå, hvordan massive stjerner lever og dør i binære systemer.

“Vi er nu ved at træde ind i en æra, hvor vi automatisk kan fange disse sjældne begivenheder, mens de sker, ikke kun efterfølgende. Det betyder, at vi endelig kan begynde at forbinde punkterne mellem, hvordan en stjerne lever og hvordan den dør, og det er utrolig spændende.”

– Gagliano

I mellemtiden bemærkede Foley, at mens det er svært at forudsige AI’ens vej er den stadig avanceret og har mange anvendelser, der går ud over astronomi. Han sagde:

“Man kan let forestille sig, at lignende teknikker bruges til at screene for sygdomme, fokusere på terrorangreb, behandle mentale sundhedsproblemer tidligt og opdage økonomisk svindel. Hvor end realtidsdetektion af anomalier kan være nyttigt, vil disse teknikker sandsynligvis på sigt spille en rolle.”

Swipe for at rulle →

Investering i rumteknologi

Mens flere offentlige virksomheder er strategisk placeret inden for AI rumforsknings-teknologi, Northrop Grumman (NOC ) skiller sig ud som en nøgleleverandør for rummissioner.

Dette inkluderer det største og mest komplekse rumteleskop, der nogensinde er bygget. NASA’s James Webb Space Telescope blev bygget i partnerskab med Northrop Grumman, som ledede design, udvikling og systemintegration af observatoriet. I 2022 afslørede teleskopet sit første billede.

Northrop Grumman (NOC )

Virksomheden har også udvidet sin brug af AI i rummet for at forbedre rumfartøjsoperationer. Ved at udvikle AI-robotik teknologi sigter den mod at muliggøre operationer i højt komplekse miljøer, inklusive fremtidige rummissioner. Agentisk AI er yderligere planlagt til anvendelse på tværs af alle faser af rumfartøjsoperationer.

Generelt opererer det globale luft- og rumfarts- og forsvarsteknologiselskab gennem nogle få nøglesegmenter: Space Systems, Mission Systems, Defense Systems, og Aeronautics Systems.

Den har en markedsværdi på $84.8 bln med NOC-aktier, på tidspunktet for skrivning handles den til $592.44, op 26.24% år-til-dato (YTD). Den har en EPS (TTM) på 25.36 og en P/E (TTM) på 23.36. Northrop Grumman-aktionærer nyder en udbytteafkast på 1.56%.

Hvad angår dens økonomi, rapporterede virksomheden for Q2 2025 et salg på $10.4 billion. Nettoresultatet for perioden var $1.2 billion, eller $8.15 per udvandet aktie. 

Dens driftsindtægt var $335 million, netto kontanter fra driftsaktiviteter var $557 million, og fri pengestrøm var $468 million. Netto belønninger i kvartalet udgjorde $7.4 billion, mens den samlede backlog var $89.7 billion. 

“Vi arbejder sammen med vores kunder for at accelerere leveringen af kapaciteter for at muliggøre deres vision om fred gennem styrke. Vi fortsætter med at se stigende efterspørgsel globalt efter vores brede udvalg af produkter.”

– CEO Kathy Warden

Virksomheden returnerede også over $700 million til aktionærer gennem aktietilbagekøb og udbytter.

AI’s rolle i astronomi og videre

AI transformerer industrier, inklusive astronomi, hvor den er blevet et kritisk værktøj, der gør det muligt for forskere at indfange sjældne og flygtige kosmiske begivenheder som SN 2023zkd i realtid, noget der var næsten umuligt for blot få år siden.

Efterhånden som AI-værktøjer kombineres med massive himmelundersøgelser og observatorier som Rubin for at åbne døren til mange flere opdagelser, viser det faktum, at de samme teknikker også kan anvendes inden for medicin, finans, national sikkerhed og videre, deres enorme krydsningspotentiale, hvilket signalerer en ny æra af innovation.

Klik her for at lære alt om investering i kunstig intelligens.

Referencer:

1. Hahn, C., Lemos, P., Parker, L., et al. Kosmologiske begrænsninger fra ikke-gaussisk og ikke-lineær galakseklyngedannelse ved brug af SimBIG inferensrammen. Nature Astronomy, 8, 1457–1467, published 21 august 2024. https://doi.org/10.1038/s41550-024-02344-2
2. 
Gagliano, A., Villar, V. A., Matsumoto, T., Jones, D. O., Ransome, C. L., Nugent, A. E., Hiramatsu, D., Auchettl, K., Tsuna, D., Dong, Y., et al. Evidence for an instability-induced binary merger in the double-peaked, helium-rich Type IIn supernova 2023zkd. The Astrophysical Journal, 989, 182, published 13 august 2025. https://doi.org/10.3847/1538-4357/adea38