KI erkennt seltene Supernova SN 2023zkd in Echtzeit

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

KI wird jetzt umfassend in vielen Branchen eingesetzt, wie Finanzen, Gesundheitswesen, Fertigung, Cybersicherheit, Katastrophenmanagement und Kundenservice. Sie transformiert die Welt, indem sie repetitive Aufgaben automatisiert, ununterbrochen ohne Ermüdung arbeitet, riesige Mengen komplexer Daten verarbeitet und analysiert, Fehler minimiert und die Entscheidungsfindung verbessert.

Die Technologie, die die Fähigkeit von Maschinen bezeichnet, Aufgaben auszuführen, die normalerweise menschlicher Intelligenz entsprechen, hilft uns auch, 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, die Geheimnisse des Universums zu entschlüsseln, indem es Daten über Schwarze Löcher auswertete. Mit mehr als 12 Millionen Simulationen fanden die Forscher heraus, dass das zentrale Schwarze Loch der Milchstraße sich mit fast seiner maximalen Geschwindigkeit dreht.

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, um Informationen aus den Daten hinter den Bildern des Schwarzen Lochs Sagittarius A* zu extrahieren, die 2022 von der Event Horizon Telescope (EHT) Collaboration präsentiert wurden.

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

Das neuronale Netzwerk deutete an, dass das Schwarze Loch fast mit Höchstgeschwindigkeit rotiert und die nahegelegene Emission nicht durch einen Jet, sondern durch extrem heiße Elektronen in der umgebenden Akkretionsscheibe verursacht wird. Darüber hinaus scheinen die Magnetfelder in der Scheibe sich anders zu verhalten, als bisher vermutet wurde.

Laut leitendem Forscher Michael Janssen von der Radboud University Nijmegen:

“Dass wir die vorherrschende Theorie herausfordern, ist natürlich spannend. Allerdings betrachte ich unseren KI- und Machine-Learning-Ansatz vor allem als ersten Schritt. Als Nächstes werden wir die zugehörigen Modelle und Simulationen verbessern und erweitern.”

Eine weitere Studie aus dem letzten Jahr nutzte KI, um fünf kosmologische Parameter bzw. die ursprünglichen Einstellungen des Universums¹ mit Präzision zu bestimmen. Diese Parameter, extrahiert aus einem Datensatz (SDSS) mit Informationen über mehr als 100.000 Galaxien, bestimmen, wie das Universum auf den größten Skalen funktioniert.

Um wertvolle Informationen aus dem Datensatz zu extrahieren, muss das Team die KI zunächst darauf trainieren, wonach sie suchen soll, und dafür haben sie 2.000 simulierte Universen erstellt, jedes mit unterschiedlichen kosmologischen Einstellungen und realen Herausforderungen, die bei Galaxienumfragen auftreten.

Dann wurden reale Daten aus der SDSS Baryon Oscillation Spectroscopic Survey eingespeist, was beeindruckende Ergebnisse lieferte, die es Astronomen ermöglichen, mit weniger Daten mehr zu erreichen und die Grenzen der Astronomie zu erweitern.

Jetzt haben die Wissenschaftler im neuesten Fund ein neues KI-System namens Lightcurve Anomaly Identification and Similarity Search (LAISS) verwendet, dasbasiert auf dem Spotify-Algorithmus.

Erstellt von der globalen Forschungsuniversität UC Santa Cruz, vergleicht das System die Merkmale der Supernova SN 2023zkd mit einem Datensatz bekannter Objekte, um Anomalien zu erkennen, die auf ein seltenes Phänomen hinweisen könnten. Wenn die KI etwas entdeckt, das einer Untersuchung wert ist, sendet sie Kandidaten in Echtzeit an die Forscher zur Analyse.

Mit diesem KI-System konnten die Astronomen die Supernova innerhalb weniger Stunden nach ihrer Explosion identifizieren. Eine Supernova ist eine extrem kraftvolle und helle Explosion eines Sterns, die zu den leuchtkräftigsten Ereignissen im Universum gehört und vorübergehend ganze Galaxien überstrahlen kann.

Supernovas sind ein wesentlicher Bestandteil des Kosmos, da sie schwere Elemente erzeugen und verbreiten, die die Grundbausteine für zukünftige Sterne, Planeten und Leben sind.

Dies sind kurze Ereignisse, aber bevor SN 2023zkd verblasste, konnten die Forscher schnelle Nachbeobachtungen durchführen. Hinweise deuten darauf hin, dass diese spezielle Explosion das Ergebnis eines massiven Sterns war, der eine katastrophale Begegnung mit einem schwarzen Loch als Begleiter hatte.

Der Begleiter verschlang den Stern entweder teilweise oder zerriss ihn, bevor er von selbst explodieren konnte.

Bemerkenswerterweise könnte die von den Astronomen genutzte KI, die flüchtige Anomalien in Echtzeit, regelmäßig und ‘ohne Glück zu verlassen’ findet, auch für medizinische Diagnostik, Betrugsprävention im Finanzwesen und die nationale Sicherheit eingesetzt werden, was die Vielseitigkeit und die breitgefächerten Fähigkeiten des Systems zeigt.

Erfassung kosmischer Explosionen in ihren frühesten Momenten

Die neueste Entdeckung wurde diesen Monat von einer Astronomie-Kollaboration gemeldet, die eine Explosion eines riesigen Sterns, der in einer Umlaufbahn mit einem schwarzen Loch gefangen ist, verzeichnete. Diese Entdeckungwurde mit Hilfe eines KI-Systems gemacht, das aktiv nach Sternen sucht, unmittelbar nachdem sie explodiert sind.

Der Name der Explosion ist SN 2023zkd, und sie wurde vor zwei Jahren von der Zwicky Transient Facility erstmals entdeckt. Siewurde durch ein brandneues KI-Modell, dasentwickelt wurde, um ungewöhnliche Explosionen oder kosmische Ereignisse in Echtzeit zu kennzeichnen.

Ein früher Alarm ermöglichte es dem Forscherteam, sofort Nachbeobachtungen zu starten, was ein wichtiger Schritt ist, um die Explosion von ihren frühesten Phasen an zu erfassen, ihre gesamte Geschichte zu dokumentieren und ihre Herkunft zu ermitteln.

Nachdem die Explosion vorbei war, wurde von Weltraumteleskopen ebenso wie von bodengebundenen Teleskopen beobachtet. In diesem Fall wurden zwei Teleskope am astronomischen Forschungsgelände von Hawaii (Haleakalāa) vom UC Santa Cruz-basierten Young Supernova Experiment (YSE) eingesetzt.

„Etwas genau wie diese Supernova wurde noch nie zuvor, also könnte sie sehr selten sein.“

– Ryan Foley, außerordentlicher Professor für Astronomie und Astrophysik an der UC Santa Cruz

Während Menschen ebenfalls gut darin sind, Dinge zu erkennen, die ‘nicht wie die anderen’ sind, kann der KI-Algorithmus, so bemerkte er, diese viel früher kennzeichnen, als wir sie bemerken würden, und das ist entscheidend für zeitkritische Beobachtungen.

Foleys Team betreibt tatsächlich YSE, eine Zeitbereich-Umfrage, die darauf ausgelegt ist, neue Supernovae (SNe) und andere kosmische Transienten innerhalb von Stunden oder Tagen nach ihrer Explosion zu entdecken. Sie arbeitet hauptsächlich mit Pan-STARRS-Teleskopen, die bald alle drei Tage 1500 Quadratgrad Himmel abdecken werden.

Laut der offiziellen Website ist YSEs Ziel, statistische Stichproben junger, roter und seltener Transienten zu finden. Es strebt außerdem eine bessere Verständnis der Variabilität von Schwarzen Löchern an.

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

Jetzt haben sie etwas Interessantes über SN 2023zkd entdeckt, dasdetailliert in der Studie mit dem Titel ‘Beweis für eine durch Instabilität induzierte binäre Verschmelzung in der doppelspitzen, heliumreichen Typ IIn Supernova 2023zkd.’² Veröffentlicht im Astrophysical Journal, die Studie wird finanziert von NASA, der National Science Foundation, der Moore Foundation und der Packard Foundation.

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 gefangen, und alsdie Energie verloren ging aus der Umlaufbahn, kamen sie einander näher. Ihr Abstand nahm weiter ab, während die intensive Gravitation des schwarzen Lochs Staub und Gas vom Stern in eine Scheibe zog.

Dies setzte sich fort, und bevor der Stern das dichte schwarze Loch verschlingen konnte, verursachte die gravitative Belastung des letzteren die Explosion des Sterns.

Als die Explosion mit den Materialschalen früherer Wechselwirkungen kollidierte, die sich ober- und unterhalb der Scheibe befanden, löste sie ein dramatisches Wiederaufhellungsereignis aus.

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

“Unsere Analyse zeigt, dass die Explosion ausgelöst wurde durch eine katastrophale Begegnung mit einem schwarzen Loch als Begleiter, und ist das bislang stärkste Indiz dafür, dass solche nahen Wechselwirkungen tatsächlich einen Stern detonieren können.” 

Während bekannt ist, dass die meisten massereichen Sterne in Binärsystemen vorkommen, bemerkte Gagliano, dass „es unglaublich selten ist, einen solchen Stern im Moment des Massenaustauschs kurz vor seiner Explosion zu beobachten.“

Aber das ist nicht die einzige Interpretation. Das Team erwog tatsächlich mehrere Entstehungsszenarien für die Supernova.

Das andere Szenario, laut dem Team von Wissenschaftlern, ist, dass das schwarze Loch den massiven Stern vollständig zerriss, bevor er von selbst explodieren konnte, durch einen Prozess, der als „Spaghettifizierung“ bezeichnet wird. Das schwarze Loch zog dann die Trümmer des Sterns an. Als diese Trümmer in das umgebende Gas stürzten, erzeugten 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 zurückbleibt. Laut der Studie stimmen der optische Vorläufer der Aufhellung und die Eigenschaften der Explosion am besten mit einem enormen und halb abgetragenen Heliumstern überein, der eine durch Instabilität induzierte Verschmelzung mit einem schwarzen Loch als Begleiter durchläuft.

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Das seltsame Leben der Supernova SN 2023zkd

SN 2023zkd befindet sich etwa 730 Millionen Lichtjahre von unserem Planeten Erde entfernt. Zunächst sah sie aus wie jede andere Supernova, ein einzelner Lichtblitz, der im Laufe der Zeit langsam verblasst. Das war jedoch nicht der Fall.

Als Astronomen den Rückgang von SN 2023zkd über viele Monate hinweg weiter beobachteten, stellten sie fest, dass die Supernova erneut an Helligkeit gewann. Das Team wandte sich daher den Archivdaten zu, um Einblicke in dieses ungewöhnliche Verhalten zu erhalten, was ein weiteres einzigartiges Merkmal offenbarte.

Ultraviolett- bis Infrarotbeobachtungen der außergewöhnlichen Supernova zeigten eine anhaltende und leuchtkräftige Vorläuferemission, die sich über mehrere Jahre vor der Entdeckung erstreckte, gefolgt von einer zweiten Phase langsamer Aufhellung im abschließenden Jahr.

Nach der Entdeckung zeigte die Supernova zwei vergleichbare Helligkeitsspitzen, die um 240 Tage, also etwa acht Monate, getrennt waren.

Spektrisch zeigte sie stark asymmetrische, mehrkomponentige Balmer- und He‑I‑Profile. Dies sind spezifische Spektrallinien von Wasserstoff (H) und Helium (He), die in Sternspektren beobachtet werden und zur Bestimmung des Alters und der Zusammensetzung von Sternpopulationen in Galaxien und anderen kosmischen Objekten dienen.

Also, bevor die Explosion überhaupt stattfand, stieg das System bereits über vier Jahre, etwa 1.500 Tage, langsam in der Helligkeit an. Und diese Art von langanhaltender Aktivität vor der Explosion wird selten beobachtet bei Supernovas.

Der Stern erlebte im Grunde genommen zwei große Eruptionen, bevor er starb. Eine detaillierte Analyse zeigte zudem, dass das Licht der Explosion das Ergebnis des Materials war, das der Stern in den Jahren vor seinem Tod abgestoßen hatte.

„2023zkd zeigt einige der klarsten Anzeichen, die wir je für einen massiven Stern gesehen haben, der in den Jahren vor der Explosion mit einem Begleiter interagiert“, sagte die Mitautorin der Studie, Ashley Villar, Assistenzprofessorin für Astronomie an der Harvard University in Massachusetts. „Wir glauben, dass dies Teil einer ganzen Klasse versteckter Explosionen sein könnte, die KI uns helfen wird zu entdecken.“

Die Aufhellung, die vor der Explosion stattfand, war das Ergebnis, dass die Schockwelle der Supernova in ein Gas mit niedriger Dichte einschlug. Ein weiterer Höhepunkt, Monate später, war das Ergebnis eines langsamen und anhaltenden Aufpralls auf die dichte, scheibenartige Wolke.

Diese spezielle Struktur zusammen mit dem Verhalten vor der Explosion deutet darauf hin, dass der sterbende Stern unter extremem gravitativen Stress stand, möglicherweise durch einen nahegelegenen, kompakten Begleiter wie ein schwarzes Loch. Nach intensiver Diskussion kam das Team zu der Erklärung, dass es sich um ein Binärsystem mit einem schwarzen Loch handelte.

Um sicherzustellen, dass die Beobachtungen übereinstimmen mit ihrer Erklärung, hat das Team das System aufgebaut und es methodisch als solches demonstriert.

Das Team „baute die Softwareplattform, die wir nutzen, um Daten zu konsolidieren und Beobachtungen zu verwalten. Die für diese Studie verwendeten KI-Tools sind integriert in dieses Software-Ökosystem“, 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 im nächsten Jahrzehnt spielen können.

Früher als Large Synoptic Survey Telescope (LSST) bekannt, befindet sich das Observatorium in den chilenischen Anden und ist mit einem 8,4‑Meter‑Teleskop sowie der größten Digitalkamera ausgestattet, um den gesamten Südhimmel 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 voraussichtlich ∼10⁵ pro Jahr entdecken wird, stellte die Studie fest, dass die photometrischen (zur Messung der Intensität oder des Flusses des von astronomischen Objekten ausgestrahlten Lichts betreffende) Stichproben von SNe IIn in diesem Jahr dramatisch zunehmen werden. Die Studie erklärte:

„Algorithmen, die entwickelt wurden, um diese langlebigen und wieder aufhellenden Transienten zu kennzeichnen, werden eine entscheidende Rolle bei der Charakterisierung der gesamten Bandbreite stark interagierender Ereignisse spielen.“

Beobachtungen vom Rubin-Observatorium, kombiniert mit KI-Erkennung in Echtzeit, werden es Astronomen ermöglichen, seltenere, komplexe Ereignisse zu entdecken und zu untersuchen, was uns ein besseres Verständnis darüber gibt, wie massereiche Sterne in Binärsystemen leben und sterben.

„Wir treten jetzt in ein Zeitalter ein, in dem wir diese seltenen Ereignisse automatisch in Echtzeit erfassen können, nicht erst im Nachhinein. Das bedeutet, dass wir endlich beginnen können, die Zusammenhänge zwischen dem Leben und dem Tod eines Sterns zu verbinden, und das ist unglaublich spannend.“

– Gagliano

Inzwischen bemerkte Foley, dass die Vorhersage des Weges der KI zwar schwierig ist, sie jedoch immer noch fortschrittlich ist und viele Anwendungen hat, die über die Astronomie hinausgehen. Er sagte:

„Man kann sich leicht vorstellen, dass ähnliche Techniken zur Früherkennung von Krankheiten, zur Fokussierung auf Terroranschläge, zur frühzeitigen Behandlung von psychischen Problemen und zur Aufdeckung von Finanzbetrug eingesetzt werden. Überall dort, wo die Echtzeit-Erkennung von Anomalien nützlich sein könnte, werden diese Techniken wahrscheinlich irgendwann eine Rolle spielen.“

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Investitionen in Weltraumtechnologie

Während mehrere börsennotierte Unternehmen strategisch positioniert im Bereich KI-Weltraumerkundungstechnologie, Northrop Grumman (NOC ) hebt sich als wichtiger Auftragnehmer für Weltraummissionen hervor.

Dies umfasst das größte und komplexeste Weltraumteleskop, das je gebaut wurde. Das James-Webb-Weltraumteleskop der NASA wurde in Partnerschaft mit Northrop Grumman gebaut, das das Design, die Entwicklung und die Systemintegration des Observatoriums leitete. Im Jahr 2022 zeigte das Teleskop sein erstes Bild.

Northrop Grumman (NOC )

Das Unternehmen erweitert zudem den Einsatz von KI im Weltraum, um die Raumfahrzeugoperationen zu verbessern. Durch die Entwicklung von KI‑Robotiktechnologie will es den Betrieb in hochkomplexen Umgebungen, einschließlich zukünftiger Weltraummissionen, ermöglichen. Agentische KI ist zudem für die Anwendung in allen Phasen der Raumfahrzeugoperationen geplant.

Im Allgemeinen operiert das globale Luft- und Raumfahrt‑ sowie Verteidigungstechnologieunternehmen über einige Schlüsselsegmente: Space Systems, Mission Systems, Defense Systems und Aeronautics Systems.

Es hat eine Marktkapitalisierung von 84,8 Mrd. $, wobei die NOC-Aktien zum Zeitpunkt der Erstellung zu 592,44 $ gehandelt werden, ein Anstieg von 26,24 % im Jahresverlauf (YTD). Es hat ein EPS (TTM) von 25,36 und ein KGV (TTM) von 23,36. Northrop Grumman‑Aktionäre genießen eine Dividendenrendite von 1,56 %.

Was seine Finanzen betrifft, meldete das Unternehmen für das 2. Quartal 2025 einen Umsatz von 10,4 Mrd. $. Der Nettogewinn für den Zeitraum betrug 1,2 Mrd. $, bzw. 8,15 $ pro verwässerter Aktie.

Das operative Ergebnis betrug 335 Mio. $, der Netto-Cashflow aus operativen Aktivitäten 557 Mio. $, und der freie Cashflow 468 Mio. $. Die Nettobezüge im Quartal beliefen sich auf 7,4 Mrd. $, während der Gesamtauftragspool 89,7 Mrd. $ betrug.

„Wir arbeiten mit unseren Kunden zusammen, um die Bereitstellung von Fähigkeiten zu beschleunigen und ihre Vision von Frieden durch Stärke zu ermöglichen. Wir sehen weiterhin eine wachsende globale Nachfrage nach unserem breiten Produktportfolio.“

– CEO Kathy Warden

Das Unternehmen hat außerdem über 700 Mio. $ an Aktionäre durch Aktienrückkäufe und Dividenden zurückgezahlt.

Die Rolle der KI in der Astronomie und darüber hinaus

KI transformiert Branchen, einschließlich der Astronomie, wo sie zu einem entscheidenden Werkzeug geworden ist, das Wissenschaftlern ermöglicht, seltene und flüchtige kosmische Ereignisse wie SN 2023zkd in Echtzeit zu erfassen – etwas, das vor wenigen Jahren kaum möglich war.

Da KI‑Werkzeuge mit riesigen Himmelsdurchmusterungen und Observatorien wie Rubin kombiniert werden, öffnen sie die Tür zu vielen weiteren Entdeckungen. Die Tatsache, dass dieselben Techniken auch in Medizin, Finanzen, nationaler Sicherheit und darüber hinaus angewendet werden können, unterstreicht ihr enormes Potenzial für Querverbindungen und signalisiert eine neue Ära der Innovation.

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Referenzen:

1. Hahn, C., Lemos, P., Parker, L., et al. Kosmologische Einschränkungen aus nicht-gausscher und nichtlinearer Galaxienclusterung mittels des SimBIG-Inferenzrahmens. 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. Beweis für eine durch Instabilität induzierte binäre Verschmelzung in der doppelspitzen, heliumreichen Typ IIn Supernova 2023zkd. The Astrophysical Journal, 989, 182, veröffentlicht am 13. August 2025. https://doi.org/10.3847/1538-4357/adea38