KI detektiert seltene Supernova SN 2023zkd in Echtzeit

Eine seltene Supernova namens SN 2023zkd wurde von Astronomen mit Hilfe künstlicher Intelligenz (KI) entdeckt.

KI wird nun in verschiedenen Branchen wie Finanzen, Gesundheitswesen, Fertigung, Cybersicherheit, Katastrophenmanagement und Kundenservice umfassend eingesetzt.

Die Technologie, die die Fähigkeit von Maschinen bezeichnet, Aufgaben auszuführen, die normalerweise mit menschlicher Intelligenz verbunden sind, hilft uns auch dabei, neue Objekte am Himmel zu entdecken und unser Verständnis des Universums zu vertiefen.

Zum Beispiel half KI vor ein paar Monaten einem internationalen Team von Astronomen dabei, die Geheimnisse des Universums zu entschlüsseln, indem sie Daten über schwarze Löcher auswerteten.

Mit mehr als 12 Millionen Simulationen fanden die Forscher heraus, dass das zentrale schwarze Loch der Milchstraße fast mit seiner maximalen Geschwindigkeit rotiert.

Um dies zu erreichen, nutzte das Team synthetische Simulationen, um das Netzwerk zu trainieren, was die Entdeckung neuer kosmischer Erkenntnisse über schwarze Löcher ermöglichte.

Das Netzwerk wurde trainiert, Informationen aus den Daten hinter den Bildern des schwarzen Lochs Sagittarius A* zu entdecken, die von der Event Horizon Telescope (EHT) Collaboration im Jahr 2022 vorgestellt wurden.

Während frühere Studien nur eine kleine Menge realistischer synthetischer Daten verwendeten, fütterte die neueste Studie Millionen von Dateien in ein bayesisches neuronales Netzwerk, ermöglicht durch die Hochleistungs-Computing-Fähigkeiten von CHTC, um einen genauereren Vergleich zwischen den EHT-Daten und den Modellen zu ermöglichen.

Das neuronale Netzwerk deutete darauf hin, dass das schwarze Loch fast mit Höchstgeschwindigkeit rotiert und die Emission in der Nähe nicht durch einen Strahl, sondern durch extrem heiße Elektronen in der umgebenden Akkretionsscheibe verursacht wird.

Laut dem Leitforscher Michael Janssen von der Radboud-Universität Nijmegen:

“Dass wir die vorherrschende Theorie in Frage stellen, ist natürlich aufregend.

Eine weitere Studie aus dem letzten Jahr verwendete KI, um fünf kosmologische Parameter oder die ursprünglichen “Einstellungen des Universums” mit Präzision zu bestimmen.

Um wertvolle Informationen aus dem Datensatz zu extrahieren, musste das Team die KI zunächst darauf trainieren, wonach sie suchen sollte, und dazu erstellten sie 2.000 simulierte Universen, jedes mit unterschiedlichen kosmologischen Einstellungen und realen Herausforderungen, die in Galaxien-Umfragen erlebt werden.

Jetzt haben Wissenschaftler ein neues KI-System namens Lightcurve Anomaly Identification and Similarity Search (LAISS) verwendet, das auf dem Spotify-Algorithmus basiert.

Das System vergleicht die Merkmale der Supernova SN 2023zkd mit einem Datensatz bekannter Objekte, um Anomalien zu erkennen, die auf ein seltenes Phänomen hindeuten könnten.

Wenn die KI etwas findet, das überprüft werden sollte, sendet sie Kandidaten an Forscher zur Analyse in Echtzeit.

Mit diesem KI-System konnten die Astronomen die Supernova innerhalb weniger Stunden nach ihrer Explosion identifizieren.

Eine Supernova ist eine extrem leistungsstarke und helle Explosion eines Sterns, die zu den leuchtendsten Ereignissen im Universum zählt und vorübergehend ganze Galaxien überstrahlen kann.

Supernovae sind ein wesentlicher Teil des Kosmos, da sie schwere Elemente erzeugen und verbreiten, die die grundlegenden Bausteine für zukünftige Sterne, Planeten und Leben sind.

Diese Ereignisse sind kurzlebig, aber bevor SN 2023zkd verblasste, konnten die Forscher rasche Nachbeobachtungen durchführen.

Beweise deuten darauf hin, dass diese spezielle Explosion das Ergebnis eines massiven Sterns war, der eine katastrophale Begegnung mit einem schwarzen Loch-Kompanion hatte.

Der Kompanion verschlang den Stern entweder teilweise oder riss ihn auseinander, bevor er explodieren konnte.

Bemerkenswerterweise kann die KI, die von den Astronomen verwendet wird, um flüchtige Anomalien in Echtzeit zu erkennen, auch für medizinische Diagnosen, Finanzbetrugsprävention und nationale Sicherheit verwendet werden, was die Vielseitigkeit und die umfassenden Fähigkeiten des Systems zeigt.

Das Erfassen kosmischer Explosionen in ihren frühesten Momenten

Die neueste Entdeckung wurde in diesem Monat von einer Astronomiekollaboration gemeldet, die eine Explosion eines riesigen Sterns in einer Umlaufbahn mit einem schwarzen Loch feststellte.

Diese Entdeckung wurde mit Hilfe eines KI-Systems gemacht, das aktiv nach Sternen sucht, die sofort nach ihrer Explosion explodieren.

Die Explosion trägt den Namen SN 2023zkd und wurde vor zwei Jahren von der Zwicky Transient Facility erstmals entdeckt.

Sie wurde durch ein brandneues KI-Modell identifiziert, das designed wurde, um ungewöhnliche Explosionen oder kosmische Ereignisse in Echtzeit zu erkennen.

Das System ermöglichte es dem Team von Forschern, Nachbeobachtungen sofort zu beginnen, was ein wichtiger Schritt ist, um die Explosion von ihren frühesten Stadien zu erfassen, ihre vollständige Geschichte zu erzählen und ihre Ursprünge zu finden.

Nachdem die Explosion vorbei war, wurde sie von Teleskopen im Weltraum sowie auf dem Boden beobachtet.

In diesem Fall wurden zwei Teleskope am astronomischen Forschungsobservatorium Haleakalāa auf Hawaii von der Young Supernova Experiment (YSE) der UC Santa Cruz verwendet.

“Etwas genau wie diese Supernova wurde noch nicht gesehen, also könnte es sehr selten sein.”

Laut Ryan Foley, Associate Professor für Astronomie und Astrophysik an der UC Santa Cruz:

Foleys Team führt tatsächlich die YSE durch, eine Zeit-Domäne-Umfrage, die darauf abzielt, neue Supernovae (SNe) und andere kosmische Transienten innerhalb weniger Stunden oder Tage nach ihrer Explosion zu entdecken.

Laut der offiziellen Website von YSE ist das Ziel, statistische Stichproben von jungen, roten und seltenen Transienten zu finden und das Verhalten von schwarzen Löchern besser zu verstehen.

Die Beobachtung von etwa 4 % des Nachthimmels alle drei Tage hat es dem Team ermöglicht, Tausende neuer kosmischer Explosionen zu entdecken, von denen Dutzende nur Tage oder Stunden nach der Explosion.

Jetzt haben sie etwas Interessantes über SN 2023zkd entdeckt, das in der Studie mit dem Titel “Beweise für eine instabilitätsinduzierte binäre Verschmelzung in der doppelgipfeligen, heliumreichen Typ-IIn-Supernova 2023zkd” detailliert wurde.

Die Studie wurde im Astrophysical Journal veröffentlicht und wird von NASA, der National Science Foundation, der Moore Foundation und der Packard Foundation finanziert.

Laut den Astronomen hinter der neuesten Entdeckung war eine Kollision zwischen dem massiven Stern und dem schwarzen Loch unvermeidlich.

Der Stern war in einer Umlaufbahn mit dem schwarzen Loch eingesperrt und als die Energie aus der Umlaufbahn verloren ging, kamen sie einander näher.

Ihre Entfernung verringerte sich weiter, während die intensive Schwerkraft des schwarzen Lochs Staub und Gas aus dem Stern in eine Scheibe zog.

Dies ging weiter und bevor der Stern den dichten schwarzen Loch verschlingen konnte, verursachte die Schwerkraft des schwarzen Lochs, dass der Stern explodierte.

Als die Explosion mit den Schalen von Material aus früheren Wechselwirkungen kollidierte, die über und unter der Scheibe lagen, wurde ein dramatisches Wiederhellen ausgelöst.

Laut Alexander Gagliano, dem Leiter der Studie und einem Stipendiaten am NSF-Institut für künstliche Intelligenz und fundamentale Wechselwirkungen:

“Unsere Analyse zeigt, dass die Explosion durch eine katastrophale Begegnung mit einem schwarzen Loch-Kompanion ausgelöst wurde und das stärkste Beweis bis heute ist, dass solche engen Wechselwirkungen tatsächlich einen Stern detonieren können.”

Obwohl es bekannt ist, dass die meisten massiven Sterne in Doppelsternsystemen sind, bemerkte Gagliano, dass “es sehr selten ist, einen zu fangen, der Massen mit einem Kompanion austauscht, kurz bevor er explodiert”.

Aber das ist nicht die einzige Interpretation.

Das Team hat tatsächlich mehrere Szenarien für die Supernova in Betracht gezogen.

Das andere Szenario, wie es das Team von Wissenschaftlern ist, ist, dass das schwarze Loch den massiven Stern vollständig ausriss, bevor er explodieren konnte, durch einen Prozess, der als “Spaghettifizierung” bezeichnet wird.

Das schwarze Loch zog dann die Trümmer des Sterns ein.

Als diese Trümmer mit dem Gas kollidierten, das sie umgab, produzierten sie das helle Licht.

Die Daten deuten nicht stark darauf hin, dass dies der Fall ist.

In beiden Szenarien ist das schwerere schwarze Loch das Einzige, was übrig bleibt.

Laut der Studie sind die hellen optischen Vorläufer und die Eigenschaften der Explosion am ehesten mit einem riesigen, halb entblößten He-Stern vereinbar, der eine instabilitätsinduzierte Verschmelzung mit einem schwarzen Loch-Kompanion durchmacht.

Um sicherzustellen, dass die Beobachtungen mit ihrer Erklärung übereinstimmen, baute das Team das System und demonstrierte es systematisch.

Das Team “baute die Software-Plattform, die wir verwenden, um Daten zu konsolidieren und Beobachtungen zu verwalten.

Die KI-Tools, die für diese Studie verwendet werden, sind in dieses Software-Ökosystem integriert”, sagte Foley.

Während die neueste Studie die Bedeutung von KI bei der Erkennung seltener kosmischer Ereignisse in Echtzeit zeigt, weisen die Astronomen auch auf Einrichtungen wie das Vera C.

Rubin-Observatorium und die bedeutende Rolle hin, die sie in den nächsten zehn Jahren spielen können.

Das Observatorium, das früher als Large Synoptic Survey Telescope (LSST) bekannt war, befindet sich in den chilenischen Anden und ist mit einem 8,4-Meter-Teleskop und der größten digitalen Kamera ausgestattet, um den gesamten südlichen Himmel alle paar Nächte zu dokumentieren.

Sein Ziel ist es, die Natur der dunklen Materie zu verstehen, ein Inventar von Objekten wie Asteroiden und Kometen im Sonnensystem zu erstellen, schwarze Löcher und explodierende Sterne zu erforschen und die Milchstraße zu kartieren.

Mit der bevorstehenden Legacy Survey for Space and Time des Rubin-Observatoriums, die etwa 10^5 Supernovae pro Jahr entdecken soll, wird die photometrische Stichprobe von SNe IIn dramatisch ansteigen.

Die Studie stellte fest:

“Algorithmen, die diese langlebigen und wiederhellen Transienten erkennen, werden eine entscheidende Rolle bei der Charakterisierung des vollen Umfangs starker Wechselwirkungen spielen.”

Beobachtungen des Rubin-Observatoriums, kombiniert mit der Erkennung in Echtzeit durch KI, werden es Astronomen ermöglichen, seltene und komplexe Ereignisse zu entdecken und zu studieren, was uns hilft, besser zu verstehen, wie massive Sterne in Doppelsternsystemen leben und sterben.

“Wir betreten jetzt eine Ära, in der wir diese seltenen Ereignisse automatisch erkennen können, wenn sie passieren, und nicht nur danach.

Laut Gagliano:

Während es schwierig ist, den Weg der KI vorherzusagen, ist sie dennoch fortschrittlich und hat viele Anwendungen, die über die Astronomie hinausgehen.

Er sagte:

“Man kann sich leicht vorstellen, dass ähnliche Techniken für die Erkennung von Krankheiten, die Konzentration auf Terroranschläge, die Behandlung von psychischen Gesundheitsproblemen und die Erkennung von Finanzbetrug verwendet werden.

KI-Rolle in der Astronomie und darüber hinaus

KI verändert Branchen, einschließlich der Astronomie, wo sie zu einem kritischen Werkzeug für Wissenschaftler geworden ist, um seltene und flüchtige kosmische Ereignisse wie SN 2023zkd in Echtzeit zu erfassen, was vor einigen Jahren fast unmöglich war.

Da KI-Tools mit umfassenden Himmelsüberwachungen und Observatorien wie Rubin kombiniert werden, um viele mehr Entdeckungen zu ermöglichen, zeigt die Tatsache, dass diese Techniken auch auf Medizin, Finanzen, nationale Sicherheit und darüber hinaus angewendet werden können, ihr enormes Potenzial für Überschneidungen, was ein neues Zeitalter der Innovation signalisiert.

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Quellen:

1. Hahn, C., Lemos, P., Parker, L., et al. Kosmologische Einschränkungen von nicht-gaussianischer und nichtlinearer Galaxien-Clustering unter Verwendung des SimBIG-Schlußfolgerungsrahmens. Nature Astronomy, 8, 1457–1467, veröffentlicht am 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. Beweise für eine instabilitätsinduzierte binäre Verschmelzung in der doppelgipfeligen, heliumreichen Typ-IIn-Supernova 2023zkd. The Astrophysical Journal, 989, 182, veröffentlicht am 13. August 2025. https://doi.org/10.3847/1538-4357/adea38