La IA detecta la rara supernova SN 2023zkd en tiempo real

Una rara supernova llamada SN 2023zkd ha sido descubierta por astrónomos con la ayuda de la inteligencia artificial (IA).

La IA está ahora ampliamente utilizada en industrias como finanzas, salud, manufactura, ciberseguridad, gestión de desastres y servicio al cliente. Está transformando el mundo al automatizar tareas repetitivas, operar continuamente sin fatiga, procesar y analizar enormes cantidades de datos complejos, minimizar errores y mejorar la toma de decisiones.

La tecnología, que se refiere a la capacidad de las máquinas para realizar tareas normalmente relacionadas con la inteligencia humana, también nos está ayudando a detectar nuevos objetos en el cielo y a profundizar nuestra comprensión del universo.

Por ejemplo, hace un par de meses, la IA ayudó a un equipo internacional de astrónomos a desentrañar los misterios del universo al evaluar datos sobre agujeros negros. Usando más de 12 millones de simulaciones, los investigadores descubrieron que el agujero negro central de la Vía Láctea está girando a casi su velocidad máxima.

Para lograr esto, el equipo utilizó simulaciones sintéticas para entrenar la red, lo que permitió el descubrimiento de nuevos conocimientos cósmicos sobre los agujeros negros.

La red fue entrenada para extraer información de los datos detrás de las imágenes del agujero negro Sagitario A* que fueron presentadas por la colaboración del Event Horizon Telescope (EHT) en 2022.

Mientras que estudios previos usaron solo una pequeña cantidad de datos sintéticos realistas, el estudio más reciente introdujo millones de archivos en una red neuronal bayesiana, habilitada por las capacidades de computación de alto rendimiento de CHTC, para hacer una comparación más precisa entre los datos del EHT y los modelos.

La red neuronal sugirió que el agujero negro está girando a casi velocidad máxima, y la emisión cercana no es causada por un chorro sino por electrones extremadamente calientes en el disco de acreción circundante. Además, los campos magnéticos en el disco parecen comportarse de manera diferente a lo que se había sospechado previamente.

Según el investigador principal Michael Janssen de la Universidad Radboud de Nimega:

“Que estemos desafiando la teoría predominante es, por supuesto, emocionante. Sin embargo, veo nuestro enfoque de IA y aprendizaje automático principalmente como un primer paso. Luego, mejoraremos y ampliaremos los modelos y simulaciones asociados.”

Otro estudio del año pasado utilizó IA para determinar cinco parámetros cosmológicos o los “ajustes del universo”¹ con precisión. Estos parámetros, extraídos de un conjunto de datos (SDSS) que contiene información sobre más de 100,000 galaxias, determinan cómo funciona el universo a gran escala.

Para extraer información valiosa del conjunto de datos, el equipo primero debe entrenar la IA sobre qué buscar, y para eso, crearon 2,000 universos simulados, cada uno con diferentes configuraciones cosmológicas y desafíos de la vida real experimentados en encuestas de galaxias. 

Luego, se alimentó con datos reales del SDSS Baryon Oscillation Spectroscopic Survey, proporcionando resultados impresionantes que permiten a los astrónomos hacer más con menos datos y ampliar los límites de la astronomía.

Ahora, en el último descubrimiento, los científicos usaron un nuevo sistema de IA llamado Lightcurve Anomaly Identification and Similarity Search (LAISS), que se basa en el algoritmo de Spotify.

Creado por la universidad de investigación global UC Santa Cruz, el sistema compara las características de la supernova SN 2023zkd contra un conjunto de datos de objetos conocidos para detectar cualquier anomalía, lo que puede indicar un fenómeno raro. Cuando la IA encuentra algo que vale la pena revisar, envía los candidatos a los investigadores para su análisis en tiempo real.

Usando ese sistema de IA, los astrónomos pudieron identificar la supernova dentro de horas de su explosión. Una supernova es una explosión extremadamente poderosa y brillante de una estrella, que está entre los eventos más luminosos del universo y puede eclipsar temporalmente galaxias enteras.

Las supernovas son una parte esencial del cosmos, ya que crean y dispersan elementos pesados, que son los bloques de construcción fundamentales para futuras estrellas, planetas y vida.

Estos son eventos breves, pero antes de que la SN 2023zkd se desvaneciera, los investigadores pudieron realizar observaciones de seguimiento rápidas. La evidencia sugiere que esta explosión particular fue el resultado de una estrella masiva que tuvo un encuentro catastrófico con una compañera agujero negro.

La compañera ya sea engulló parcialmente la estrella o la desgarró antes de que pudiera explotar por sí misma.

Cabe destacar que la IA utilizada por los astrónomos para encontrar anomalías fugaces en tiempo real, de forma regular y ‘sin depender de la suerte’, también podría usarse para diagnósticos médicos, prevención de fraude financiero y seguridad nacional, demostrando la versatilidad y el amplio alcance del sistema.

Capturando explosiones cósmicas en sus momentos más tempranos

El último descubrimiento fue reportado este mes por una colaboración astronómica, que señaló una explosión de una enorme estrella confinada en una órbita con un agujero negro. Este descubrimiento se realizó con la ayuda de un sistema de IA, que busca activamente estrellas inmediatamente después de que explotan.

El nombre de la explosión es SN 2023zkd, y fue detectada por primera vez hace dos años por el Zwicky Transient Facility. Fue identificada mediante un modelo de IA totalmente nuevo, que fue diseñado para señalar cualquier explosión o evento cósmico inusual en tiempo real.

Contar con una alerta temprana permitió al equipo de investigadores iniciar observaciones de seguimiento de inmediato, lo cual es un paso importante para capturar la explosión desde sus primeras etapas, cubrir toda su historia y encontrar sus orígenes.

Una vez que la explosión terminó, fue observada por telescopios desde el espacio así como en la tierra. En este caso, dos telescopios en el observatorio de investigación astronómica de Hawái (Haleakalāa) fueron utilizados por el Young Supernova Experiment (YSE) de la Universidad de UC Santa Cruz.

“Algo exactamente como esta supernova no se ha visto antes, así que podría ser muy rara.”

– Ryan Foley, Profesor asociado de astronomía y astrofísica en UC Santa Cruz

Aunque los humanos también son buenos para detectar cosas que ‘no son como las demás’, el algoritmo de IA, señaló, puede señalarlas mucho antes de que nosotros las notemos, y eso es crítico para observaciones sensibles al tiempo.

El equipo de Foley realmente dirige YSE, una encuesta de dominio temporal diseñada para descubrir nuevas supernovas (SNe) y otros transientes cósmicos dentro de horas o días de su explosión. Principalmente opera con telescopios Pan-STARRS que pronto estarán observando 1500 grados cuadrados del cielo cada tres días.

Según el sitio web oficial, el objetivo de YSE es encontrar muestras estadísticas de transientes jóvenes, rojos y raros. También busca comprender mejor la variabilidad de los agujeros negros.

Explorar aproximadamente el 4 % del cielo nocturno cada tres días ha permitido al equipo descubrir miles de nuevas explosiones cósmicas, con docenas de ellas solo días o horas después de la explosión.

Ahora, han descubierto algo interesante sobre SN 2023zkd, que fue detallado en el estudio titulado ‘Evidence for an Instability-induced Binary Merger in the Double-peaked, Helium-rich Type IIn Supernova 2023zkd.’² Publicado en el Astrophysical Journal, el estudio está financiado por NASA, la National Science Foundation, la Moore Foundation y la Packard Foundation.

Según los astrónomos detrás del último descubrimiento, una colisión entre la estrella masiva y el agujero negro estaba destinada a suceder.

La estrella estaba atrapada en una órbita con el agujero negro, y a medida que se perdía energía de la órbita, se acercaron más entre sí. Su separación continuó disminuyendo mientras la intensa gravedad del agujero negro arrastraba polvo y gas de la estrella hacia un disco.

Esto continuó y, y antes de que la estrella pudiera devorar al denso agujero negro, el estrés gravitacional de este último provocó que la estrella explotara.

Cuando la explosión chocó con las capas de material de interacciones anteriores, ubicadas arriba y abajo del disco, impulsó un dramático evento de reiluminación.

Según Alexander Gagliano, autor principal del estudio y fellow del NSF Institute for Artificial Intelligence and Fundamental Interactions:

“Nuestro análisis muestra que la explosión fue provocada por un encuentro catastrófico con una compañera agujero negro, y es la evidencia más fuerte hasta la fecha de que tales interacciones cercanas pueden realmente detonar una estrella.” 

Aunque se sabe que la mayoría de las estrellas masivas están en binarias, Gagliano señaló que \”capturar una en el acto de intercambiar masa poco antes de que explote es increíblemente raro\”.

Pero esta no es la única interpretación. El equipo realmente contempló múltiples escenarios de origen para la supernova.

El otro, según el equipo de científicos, es que el agujero negro desgarró completamente la estrella masiva antes de que pudiera explotar por sí misma, mediante un proceso llamado \”espaghettificación\”. El agujero negro luego atrajo los restos de la estrella. Cuando esos restos chocaron con el gas que la rodea, produjeron la luz brillante. Los datos no sugieren este caso con tanta fuerza.

En ambos escenarios, el agujero negro más masivo es lo único que queda. Según el estudio, el precursor óptico de brillo y las características de la explosión son más consistentes con una enorme estrella de helio parcialmente despojada que atraviesa una fusión inducida por inestabilidad con una compañera agujero negro.

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La extraña vida de la supernova SN 2023zkd

SN 2023zkd se encuentra aproximadamente a 730 millones de años luz de nuestro planeta Tierra. Al principio, parecía como cualquier supernova, una única ráfaga de luz que se desvanece lentamente con el tiempo. Pero ese no era el caso.

A medida que los astrónomos continuaron monitoreando el declive de SN 2023zkd durante muchos meses, descubrieron que la supernova volvió a brillar. Así que el equipo recurrió a estudiar los datos de archivo para obtener información sobre este comportamiento inusual, lo que reveló otra característica única.

Observaciones de ultravioleta a infrarrojo de la extraordinaria supernova mostraron una emisión precursora persistente y luminosa que abarcó varios años antes del descubrimiento, seguida de una segunda fase de brillo lento en su último año.

Después del descubrimiento, la supernova mostró dos picos de brillo comparables separados por 240 días, o aproximadamente ocho meses.

Espectroscópicamente, mostró perfiles de Balmer y He I fuertemente asimétricos y multicomponentes. Estas son líneas espectrales específicas de hidrógeno (H) y helio (He) observadas en espectros estelares, usadas para determinar la edad y composición de poblaciones estelares en galaxias y otros objetos cósmicos.

Así que, antes de que siquiera ocurriera la explosión, el sistema ya estaba aumentando lentamente su brillo durante más de cuatro años, o alrededor de 1.500 días. Y este tipo de actividad prolongada antes de la explosión rara vez se ve en supernovas. 

La estrella básicamente experimentó dos erupciones importantes antes de morir. Un análisis detallado también indicó que la luz de la explosión era el resultado del material que la estrella había expulsado en los años previos a su muerte. 

“2023zkd muestra algunos de los signos más claros que hemos visto de una estrella masiva interactuando con una compañera en los años antes de la explosión”, dijo la coautora del estudio, Ashley Villar, profesora asistente de astronomía en la Universidad de Harvard en Massachusetts. “Creemos que esto podría ser parte de una clase completa de explosiones ocultas que la IA nos ayudará a descubrir.”

Así que, el aumento de brillo que ocurrió antes de la explosión fue el resultado de la onda de choque de la supernova chocando contra gas de baja densidad. Otro pico, meses después, fue el resultado de un impacto lento y sostenido con la densa nube en forma de disco.

Esta estructura particular, junto con el comportamiento previo a la explosión, indica que la estrella moribunda estaba bajo un estrés gravitacional extremo, posiblemente de una compañera compacta cercana como un agujero negro. Después de mucha discusión, el equipo llegó a la explicación de que era un sistema binario con un agujero negro.

Para asegurarse de que las observaciones estén alineadas con su explicación, el equipo construyó el sistema y lo demostró metódicamente de esa manera.

El equipo “construyó la plataforma de software que usamos para consolidar datos y gestionar observaciones. Las herramientas de IA usadas para este estudio están integradas en este ecosistema de software”, dijo Foley.

Aunque el último estudio muestra la importancia de la IA para detectar eventos cósmicos raros en tiempo real, los astrónomos también señalan instalaciones como el Observatorio Vera C. Rubin y el papel significativo que pueden desempeñar en la próxima década.

Anteriormente conocido como el Large Synoptic Survey Telescope (LSST), el observatorio está ubicado en las montañas de los Andes chilenos y está equipado con un telescopio de 8,4 metros y la cámara digital más grande para documentar todo el cielo del sur cada pocas noches. Su objetivo es comprender la naturaleza de la materia oscura, crear un inventario de objetos como asteroides y cometas en el Sistema Solar, explorar agujeros negros y estrellas explosivas, y mapear la Vía Láctea.

Con la próxima Legacy Survey for Space and Time del Observatorio Rubin se espera descubrir ∼10⁵ por año, el estudio señaló que las muestras fotométricas de SNe IIn aumentarán drásticamente este año. El estudio afirmó:

“Los algoritmos diseñados para señalar estos transientes de larga duración y reiluminación jugarán un papel crítico en la caracterización de todo el espectro de eventos fuertemente interactivos.”

Las observaciones del Observatorio Rubin, combinadas con la detección de IA en tiempo real, permitirán a los astrónomos descubrir y estudiar eventos más raros y complejos, ayudándonos a comprender mejor cómo viven y mueren las estrellas masivas en sistemas binarios.

“Ahora estamos entrando en una era donde podemos capturar automáticamente estos eventos raros a medida que ocurren, no solo después de que hayan sucedido. Eso significa que finalmente podemos comenzar a conectar los puntos entre cómo vive una estrella y cómo muere, y eso es increíblemente emocionante.”

– Gagliano

Mientras tanto, Foley señaló que, aunque predecir el camino de la IA es difícil, sigue siendo avanzada y tiene muchos usos que van más allá de la astronomía. Él dijo:

“Puedes imaginar fácilmente que técnicas similares se usen para detectar enfermedades, centrar la atención en ataques terroristas, tratar problemas de salud mental temprano y detectar fraude financiero. En cualquier lugar donde la detección en tiempo real de anomalías sea útil, es probable que estas técnicas eventualmente jueguen un papel.”

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Invertir en tecnología espacial

Mientras que varias compañías públicas están estratégicamente posicionadas en el campo de la tecnología de exploración espacial con IA, Northrop Grumman (NOC ) destaca como un contratista clave para misiones espaciales.

Esto incluye el telescopio espacial más grande y complejo jamás construido. El Telescopio Espacial James Webb de la NASA fue construido en asociación con Northrop Grumman, que lideró el diseño, desarrollo e integración del sistema del observatorio. En 2022, el telescopio reveló su primera imagen.

Northrop Grumman (NOC )

La compañía también ha estado ampliando su uso de IA en el espacio para mejorar las operaciones de naves espaciales. Al desarrollar tecnología de robótica IA, busca habilitar operaciones en entornos altamente complejos, incluidas futuras misiones espaciales. La IA agente también está planificada para su aplicación en todas las fases de las operaciones de naves espaciales.

En general, la empresa global de tecnología aeroespacial y de defensa opera a través de algunos segmentos clave: Space Systems, Mission Systems, Defense Systems, y Aeronautics Systems.

Tiene una capitalización de mercado de $84.8 mil millones con acciones NOC, al momento de escribir, cotizando a $592.44, con un aumento del 26.24 % en lo que va del año (YTD). Tiene un EPS (TTM) de 25.36 y un P/E (TTM) de 23.36. Los accionistas de Northrop Grumman disfrutan de un rendimiento de dividendo del 1.56 %.

En cuanto a sus finanzas, para el segundo trimestre de 2025, la compañía reportó ventas de $10.4 mil millones. Las ganancias netas del período fueron de $1.2 mil millones, o $8.15 por acción diluida. 

Su ingreso operativo fue de $335 millones, el efectivo neto de actividades operativas fue de $557 millones, y el flujo de caja libre fue de $468 millones. Los premios netos en el trimestre totalizaron $7.4 mil millones, mientras que el backlog total fue de $89.7 mil millones.

“Estamos trabajando con nuestros clientes para acelerar la entrega de capacidades y habilitar su visión de paz a través de la fuerza. Continuamos viendo una creciente demanda global para nuestra amplia gama de ofertas de productos.”

– CEO Kathy Warden

La compañía también devolvió más de $700 millones a los accionistas mediante recompras de acciones y dividendos.

El papel de la IA en la astronomía y más allá

La IA está transformando industrias, incluida la astronomía, donde se ha convertido en una herramienta crítica para permitir a los científicos capturar eventos cósmicos raros y fugaces como SN 2023zkd en tiempo real, algo casi imposible hace apenas unos años.

A medida que las herramientas de IA se combinan con enormes encuestas del cielo y observatorios como Rubin, se abre la puerta a muchos más descubrimientos; el hecho de que estas mismas técnicas también puedan aplicarse a la medicina, finanzas, seguridad nacional y más, destaca su enorme potencial de cruce, señalando una nueva era de innovación.

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Referencias:

1. Hahn, C., Lemos, P., Parker, L., et al. Restricciones cosmológicas a partir del agrupamiento de galaxias no gaussiano y no lineal usando el marco de inferencia SimBIG. Nature Astronomy, 8, 1457–1467, publicado el 21 de agosto de 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. Evidencia de una fusión binaria inducida por inestabilidad en la supernova tipo IIn rica en helio y de doble pico 2023zkd. The Astrophysical Journal, 989, 182, publicado el 13 de agosto de 2025. https://doi.org/10.3847/1538-4357/adea38