Tekoäly havaitsee harvinaisen supernovan SN 2023zkd reaaliajassa

Harvinainen supernova nimeltä SN 2023zkd on löydetty tähtitieteilijöiden toimesta tekoälyn (AI) avustuksella.

Tekoälyä käytetään nykyään laajasti eri toimialoilla, kuten rahoituksessa, terveydenhuollossa, valmistuksessa, kyberturvallisuudessa, katastrofien hallinnassa ja asiakaspalvelussa. Se muuttaa maailmaa automatisoimalla toistuvia tehtäviä, toimimalla jatkuvasti ilman väsymystä, käsittelemällä ja analysoimalla valtavia määriä monimutkaista dataa, minimoimalla virheitä ja parantamalla päätöksentekoa.

Teknologia, joka viittaa koneiden kykyyn suorittaa tehtäviä, jotka yleensä vaativat ihmisen älykkyyttä, auttaa meitä myös havaitsemaan uusia kohteita taivaalla ja syventämään ymmärrystämme maailmankaikkeudesta.

Esimerkiksi muutama kuukausi sitten tekoäly auttoi kansainvälistä tähtitieteilijöiden tiimiä selvittämään universumin mysteerejä arvioimalla mustien aukkojen dataa. Käyttäen yli 12 miljoonaa simulointia tutkijat havaitsivat, että Linnunradan keskusmusta aukko pyörii lähes maksiminopeudellaan.

Tämän saavuttamiseksi tiimi hyödynsi synteettisiä simulaatioita verkon kouluttamiseen, mikä mahdollisti uusien kosmisten oivallusten löytämisen mustista aukoista.

Verkkoa koulutettiin paljastamaan tietoa mustan aukon Sagittarius A*:n kuvien takana olevasta datasta, jonka esitti Event Horizon Telescope (EHT) -yhteistyö vuonna 2022.

Vaikka aiemmat tutkimukset käyttivät vain pientä määrää realistista synteettistä dataa, viimeisin tutkimus syötti miljoonia tiedostoja Bayesilaiseen neuroverkkoon, jonka mahdollisti CHTC:n korkean läpimenon laskentakyky, jotta voidaan tehdä tarkempi vertailu EHT-datan ja mallien välillä.

Neuroverkko ehdotti, että musta aukko pyörii lähes maksiminopeudella, ja läheinen säteily ei johdu suihkusta vaan äärimmäisen kuumista elektroneista ympäröivässä akkretion levässä. Lisäksi levyn magneettikentät vaikuttavat käyttäytyvän eri tavalla kuin aiemmin on oletettu.

“Se, että kumoamme vallitsevan teorian, on tietysti jännittävää. Kuitenkin näen AI- ja koneoppimislähestymistapamme ensisijaisesti ensimmäisenä askeleena. Seuraavaksi parannamme ja laajennamme siihen liittyviä malleja ja simulaatioita.”

Toinen viime vuoden tutkimus käytti tekoälyä määrittääkseen viisi kosmologista parametria tai alkuperäiset universumin asetukset¹ tarkasti. Nämä parametrit, jotka on poimittu tietoaineistosta (SDSS) sisältäen tietoa yli 100 000 galaksista, määrittävät, miten universumi toimii suurimmilla mittakaavoilla.

Saadakseen arvokasta tietoa tietoaineistosta tiimin on ensin koulutettava tekoälyä siitä, mitä etsiä, ja siihen he loivat 2 000 simuloitua universumia, joista jokaisessa on erilaiset kosmologiset asetukset ja todelliset haasteet, joita galaksikartoituksissa kohdataan.

Sitten siihen syötettiin todellista dataa SDSS:n Baryon Oscillation Spectroscopic Survey -tutkimuksesta, mikä tuotti vaikuttavia tuloksia, jotka mahdollistavat tähtitieteilijöiden tehdä enemmän vähemmällä datalla ja viedä tähtitieteen rajoja.

Nyt, viimeisimmässä löydössä, tutkijat käyttivät uutta tekoälyjärjestelmää nimeltä Lightcurve Anomaly Identification and Similarity Search (LAISS), joka perustuu Spotifyn algoritmiin.

UC Santa Cruzin maailmanlaajuisen tutkimusyliopiston luoma järjestelmä vertaa supernova SN 2023zkd:n ominaisuuksia tunnetun kohteiden tietoaineistoon havaitakseen poikkeavuuksia, jotka voivat viitata harvinaiseen ilmiöön. Kun tekoäly löytää tarkasteltavaa, se lähettää ehdokkaita tutkijoille reaaliaikaisesti analysoitavaksi.

Käyttäen tätä tekoälyjärjestelmää tähtitieteilijät pystyivät tunnistamaan supernovan sen räjähdyksen muutamassa tunnissa. Supernova on äärimmäisen voimakas ja kirkas tähden räjähdys, joka on yksi universumin kirkkaimmista tapahtumista ja voi tilapäisesti varjostaa kokonaisia galakseja.

Supernovat ovat olennaisia kosmoksessa, sillä ne luovat ja levittävät raskaita alkuaineita, jotka ovat tulevien tähtien, planeettojen ja elämän perusrakenteita.

Nämä ovat lyhyitä tapahtumia, mutta ennen kuin SN 2023zkd himmeni, tutkijat pystyivät tekemään nopeita jatkohavainnointeja. Todisteet viittaavat siihen, että tämä erityinen räjähdys johtui massiivisen tähden katastrofaalisesta kohtaamisesta mustan aukon kumppanin kanssa.

Kumppani joko nieletti tähden osittain tai repi sen kappaleiksi ennen kuin se ehti räjähtää itsenäisesti.

Erityisenä huomiona, että tähtitieteilijöiden käyttämä tekoäly löytääkseen ohikiitäviä poikkeavuuksia reaaliajassa, säännöllisesti ja ‘luottamatta onneen’, voitaisiin myös käyttää lääketieteelliseen diagnostiikkaan, rahoituspetosten ehkäisyyn ja kansalliseen turvallisuuteen, mikä osoittaa järjestelmän monipuolisuuden ja laajat kyvyt.

Kosmisten räjähdysten nappaaminen niiden varhaisimmissa hetkissä

Viimeisin löytö raportoitiin tässä kuussa tähtitieteellinen yhteistyö, joka huomasi valtavan tähden räjähdyksen, joka oli sidottu kiertorataan mustan aukon kanssa. Tämä löytö tehtiin tekoälyjärjestelmän avustuksella, joka etsii aktiivisesti tähtiä heti niiden räjähtämisen jälkeen.

Räjähdyksen nimi on SN 2023zkd, ja se havaittiin ensimmäisen kerran kaksi vuotta sitten Zwicky Transient Facility -laitteistolla. Se tunnistettiin täysin uudella tekoälymallilla, joka on suunniteltu merkitsemään kaikki epätavalliset räjähdykset tai kosmiset tapahtumat reaaliajassa.

Aikainen hälytys mahdollisti tutkijaryhmän aloittaa jatkohavainnot heti, mikä on tärkeä askel räjähdyksen tallentamiseksi sen varhaisimmista vaiheista, kattamaan sen koko tarina ja löytämään sen alkuperän.

Kun räjähdys oli ohi, sitä havaittiin avaruustelevisioiden sekä maassa sijaitsevien teleskooppien avulla. Tässä tapauksessa kaksi teleskooppia Havaijin tähtitieteellisessä tutkimusobservatoriossa (Haleakalāa) käytettiin UC Santa Cruzin perustaman Young Supernova Experiment (YSE) -hankkeen toimesta.

“Jotakin täsmälleen tämän kaltaista supernovaa ei ole aiemmin nähty, joten se saattaa olla erittäin harvinainen.”

– Ryan Foley, apulaisprofessori tähtitieteen ja astrofysiikan alalta UC Santa Cruzissa

Vaikka ihmisetkin ovat hyviä havaitsemaan asioita, jotka ‘eivät ole kuin muut’, hän totesi, että tekoälyalgoritmi voi merkitä ne paljon aikaisemmin kuin me huomaamme, ja se on kriittistä aikarajoitteisissa havainnoissa.

Foleyn tiimi ylläpitää YSE:tä, aika-alueen tutkimusta, jonka tarkoituksena on löytää uusia supernovia (SNe) ja muita kosmisia transientteja niiden räjähdyksen tuntien tai päivien sisällä. Se toimii pääasiassa Pan-STARRS-teleskooppien kanssa, jotka pian kartoittavat 1500 neliöastetta taivaalla kolmen päivän välein.

Virallisen verkkosivuston mukaan YSE:n tavoitteena on löytää tilastollisia otoksia nuorista, punaisista ja harvinaisista transientteista. Se pyrkii myös ymmärtämään paremmin mustien aukkojen vaihtelua.

Noin 4 % yötaivaan kartoittaminen kolmen päivän välein on mahdollistanut tiimille tuhansien uusien kosmisten räjähdysten löytämisen, joista kymmeniä on havaittu vain päivinä tai tunneissa räjähdyksen jälkeen.

Nyt he ovat löytäneet jotain mielenkiintoista SN 2023zkd:stä, mikä on yksityiskohtaisesti esitetty tutkimuksessa ‘Todisteita epävakausindusoimasta kaksinkertaisesta yhdistymisestä kaksipuolisessa, heliumirikkaassa tyypin IIn supernovassa 2023zkd‘. Julkaistu Astrophysical Journal -lehdessä, tutkimus on rahoitettu NASA:lta, National Science Foundationilta, Moore-säätiöltä ja Packard-säätiöltä.

Viimeisimmän löydön takana olevien tähtitieteilijöiden mukaan massiivisen tähden ja mustan aukon välinen törmäys oli väistämätön.

Tähti oli lukittunut kiertorataan mustan aukon kanssa, ja kun energiaa menetettiin kiertoradasta, ne lähestyivät toisiaan. Niiden välinen etäisyys jatkoi pienenemistä, kun mustan aukon voimakas gravitaatio vetäsi tähdestä pölyä ja kaasua levään.

Tämä jatkui, ja ennen kuin tähti pystyi nielemään tiheän mustan aukon, jälkimmäisen gravitaatiopaine aiheutti tähden räjähdyksen.

Kun räjähdys törmäsi aikaisemmista vuorovaikutuksista peräisin oleviin materiaalikuoriin, jotka sijaitsivat levyn ylä- ja alapuolella, se aiheutti dramaattisen uudelleenkirkastumistapahtuman.

“Analyysimme osoittaa, että räjähdys syttyi katastrofaalisen kohtaamisen seurauksena mustan aukon kumppanin kanssa, ja se on tähän mennessä vahvin todiste siitä, että tällaiset läheiset vuorovaikutukset voivat todella räjäyttää tähden.”

Vaikka on tiedossa, että suurin osa massiivisista tähdistä on kaksinkertaisia, Gagliano totesi, että “yksi kiinni saaminen massan vaihtamisen vaiheessa juuri ennen räjähdystä on uskomattoman harvinaista”.

Mutta tämä ei ole ainoa tulkinta. Tiimi pohti useita alkuperäisiä skenaarioita supernovalle.

Toinen, tieteilijätiimin mukaan, on että musta aukko repi massiivisen tähden kokonaan ennen kuin se ehti räjähtää itsenäisesti, prosessin nimeltä “spaghettifiointi” kautta. Musta aukko sitten vetäsi tähden roskan sisäänsä. Kun roskat törmäsi ympäröivään kaasuun, se tuotti kirkkaan valon. Data ei tue tätä skenaariota vahvasti.

Molemmissa skenaarioissa raskaampi musta aukko on ainoa jäljelle jäävä asia. Tutkimuksen mukaan kirkastuva optinen esijoukko ja räjähdyksen ominaisuudet vastaavat parhaiten valtavaa ja puoliksi riisuttua He‑tähteä, joka käy läpi epävakausindusoitua yhdistymistä mustan aukon kumppanin kanssa.

Klikkaa tästä oppiaksesi kaiken James Webb -avaruusteleskoopista.

Supernovan SN 2023zkd outo elämä

SN 2023zkd sijaitsee noin 730 miljoonan valovuoden päässä planeetaltamme Maasta. Aluksi se näytti aivan tavalliselta supernovalta, yhdeltä valonpurkaukselta, joka himmenee hitaasti ajan myötä. Mutta näin ei ollut.

Kun tähtitieteilijät jatkoivat SN 2023zkd:n heikkenemisen seurantaa monien kuukausien ajan, he havaitsivat, että supernova kirkastui jälleen. Tiimi käänsi siis katseensa arkistodataan saadakseen näkemyksen tästä epätavallisesta käyttäytymisestä, mikä paljasti toisen ainutlaatuisen ominaisuuden.

Ultraviolettista infrapuna‑havaintoihin ulottuva tarkkailu poikkeuksellisesta supernovasta osoitti pysyvän ja kirkkaan esijoukon säteilyn, joka kesti useita vuosia ennen löytöä, jonka jälkeen seurasi toinen hitaasti kirkastuva vaihe sen viimeisenä vuonna.

Löytöön jälkeen supernova osoitti kaksi verrattavaa kirkkaushuippua, jotka olivat erotettuina 240 päivän, eli noin kahdeksan kuukauden välein.

Spektroskooppisesti se esitti voimakkaasti epäsymmetrisiä, monikomponentteja Balmer- ja He I‑profiileja. Nämä ovat vety‑ (H) ja helium‑ (He) spektriviivoja, joita havaitaan tähtispektreissä ja joita käytetään määrittämään tähtipopulaatioiden ikä ja koostumus galakseissa sekä muissa kosmisissa kohteissa.

Joten ennen kuin räjähdys tapahtui, järjestelmä oli jo hitaasti nousemassa kirkkaudessa yli neljän vuoden, eli noin 1500 päivän ajan. Tällainen pitkäkestoinen toiminta ennen räjähdystä on harvoin nähty supernovissa.

Tähti koki periaatteessa kaksi suurta purkausta ennen kuolemaansa. Yksityiskohtainen analyysi osoitti myös, että räjähdyksen valo oli seurausta materiaalista, jonka tähti oli heittänyt pois vuosina ennen kuolemaansa.

“2023zkd näyttää joitakin selkeimmistä merkeistä, joita olemme nähneet massiivisen tähden vuorovaikutuksesta kumppanin kanssa vuosina ennen räjähdystä”, sanoi tutkimuksen yhteiskirjoittaja Ashley Villar, Harvardin yliopiston apulaisprofessori tähtitieteessä Massachusettsissa. “Uskomme, että tämä saattaa olla osa koko luokkaa piilotettuja räjähdyksiä, joita tekoäly auttaa meitä löytämään.”

Näin ollen kirkastuminen, joka tapahtui ennen räjähdystä, johtui supernovan iskuaallon törmäyksestä matala‑tiheiseen kaasuun. Toinen huippu, kuukausia myöhemmin, johtui hitaasta ja jatkuvasta iskun vaikutuksesta tiheään, levymäiseen pilveen.

Tämä erityinen rakenne, yhdessä ennen räjähdystä tapahtuneen käyttäytymisen kanssa, viittaa siihen, että kuoleva tähti oli äärimmäisen gravitaatiostressin alaisena, mahdollisesti läheiseltä, kompaktilta kumppanilta kuten mustalta aukolta. Laajan keskustelun jälkeen tiimi esitti selityksen, että kyseessä oli kaksinkertainen järjestelmä mustan aukon kanssa.

Varmistaakseen, että havainnot ovat linjassa selityksen kanssa, tiimi rakensi järjestelmän ja osoitti sen systemaattisesti näin.

Tiimi “rakensi ohjelmistoalustan, jota käytämme datan konsolidoimiseen ja havaintojen hallintaan. Tämän tutkimuksen tekoälytyökalut on integroituna tähän ohjelmistoympäristöön,” Foley totesi.

Vaikka viimeisin tutkimus osoittaa tekoälyn tärkeyden harvinaisten kosmisten tapahtumien havaitsemisessa reaaliajassa, tähtitieteilijät myös viittaavat laitoksiin kuten Vera C. Rubin -observatorioon ja merkittävään rooliin, jonka ne voivat näytellä seuraavan vuosikymmenen aikana.

Aikaisemmin tunnettu nimellä Large Synoptic Survey Telescope (LSST), observatorio sijaitsee Chilen Andien vuoristossa ja on varustettu 8,4 metrin teleskoopilla sekä suurimmalla digitaalikameralla, joka dokumentoi koko eteläisen taivaan muutaman yön välein. Sen tavoitteena on ymmärtää pimeän aineen luonne, luoda inventaario kohteista kuten asteroidit ja komeetat aurinkokunnassa, tutkia mustia aukkoja ja räjähtäviä tähtiä sekä kartoittaa Linnunrata.

Kun Rubin-observatorion tuleva Legacy Survey for Space and Time odotetaan löytävän noin 10⁵ tapahtumaa vuodessa, tutkimus totesi, että fotometriset (valon intensiteetin tai virran mittaamiseen liittyvät) SNe IIn -näytteet kasvavat dramaattisesti tänä vuonna. Tutkimus totesi:

“Algoritmit, jotka on suunniteltu merkitsemään näitä pitkäkestoisia ja uudelleenkirkastuvia transientteja, näyttelevät kriittistä roolia vahvasti vuorovaikuttavien tapahtumien koko kirjon karakterisoinnissa.”

Rubin-observatorion havainnot yhdistettynä reaaliaikaiseen tekoälyhavaitsemiseen mahdollistavat tähtitieteilijöille harvempien, monimutkaisempien tapahtumien löytämisen ja tutkimisen, auttaen meitä ymmärtämään paremmin, miten massiiviset tähdet elävät ja kuolevat kaksinkertaisissa järjestelmissä.

“Olemme nyt siirtymässä aikakauteen, jossa voimme automaattisesti napata nämä harvinaiset tapahtumat tapahtumisen aikana, ei vain jälkikäteen. Tämä tarkoittaa, että voimme vihdoin alkaa yhdistää pisteitä siitä, miten tähti elää ja miten se kuolee, ja se on uskomattoman jännittävää.”

– Gagliano

Sillä välin Foley totesi, että vaikka tekoälyn polun ennustaminen on vaikeaa, se on silti kehittynyttä ja sillä on monia käyttötarkoituksia, jotka ylittävät tähtitieteen. Hän sanoi:

“On helppo kuvitella, että samankaltaisia tekniikoita käytetään tautien seulontaan, terrori-iskujen valvomiseen, mielenterveysongelmien varhaiseen hoitoon ja taloudellisen petoksen havaitsemiseen. Missä tahansa reaaliaikainen poikkeavuuksien havaitseminen olisi hyödyllistä, nämä tekniikat todennäköisesti lopulta näyttelevät roolia.”

Swipe to scroll →

Sijoittaminen avaruusteknologiaan

Vaikka useat julkiset yritykset ovat strategisesti sijoittuneet tekoälyavaruustutkimusteknologian alalle, Northrop Grumman (NOC ) erottuu avaruusoperaatioiden keskeisenä alihankkijana.

Tämä sisältää suurimman ja monimutkaisimman koskaan rakennetun avaruusteleskoopin. NASA:n James Webb -avaruusteleskooppi rakennettiin yhteistyössä Northrop Grummanin kanssa, joka johti observatorion suunnittelua, kehitystä ja järjestelmäintegraatiota. Vuonna 2022 teleskooppi paljasti ensimmäisen kuvansa.

Northrop Grumman (NOC )

Yritys on myös laajentanut tekoälyn käyttöä avaruudessa parantaakseen avaruusalusten toimintoja. Kehittämällä tekoälyrobotiikkateknologiaa se pyrkii mahdollistamaan toiminnan erittäin monimutkaisissa ympäristöissä, mukaan lukien tulevat avaruuslenkit. Agenttinen tekoäly on suunniteltu sovellettavaksi kaikkiin avaruusaluksen toiminnan vaiheisiin.

Yleisesti ottaen globaali ilmailu- ja puolustusteknologian yritys toimii muutaman keskeisen segmentin kautta: Space Systems, Mission Systems, Defense Systems ja Aeronautics Systems.

Sen markkina-arvo on 84,8 miljardia dollaria NOC‑osakkeilla, ja kirjoitushetkellä ne käyvät kauppaa hintaan 592,44 $, nousua 26,24 % kuluvan vuoden alusta (YTD). Sen EPS (TTM) on 25,36 ja P/E (TTM) 23,36. Northrop Grummanin osakkeenomistajat nauttivat 1,56 %:n osinkotuotosta.

Taloudellisista tiedoista, vuoden 2025 toisen neljänneksen osalta yritys raportoi myynnin 10,4 miljardia dollaria. Nettotulos kyseiselle ajanjaksolle oli 1,2 miljardia dollaria, eli 8,15 $ per laimennettu osake.

Sen liiketulos oli 335 miljoonaa dollaria, nettokassa operatiivisesta toiminnasta 557 miljoonaa dollaria ja vapaa kassavirta 468 miljoonaa dollaria. Neljänneksen nettopalkkiot olivat yhteensä 7,4 miljardia dollaria, kun taas kokonaisjono oli 89,7 miljardia dollaria.

“Työskentelemme asiakkaidemme kanssa nopeuttaaksemme kyvykkyyksien toimitusta, jotta voimme mahdollistaa heidän visionsa rauhasta vahvuuden kautta. Havaitsemme jatkuvasti kasvavaa kysyntää maailmanlaajuisesti laajalle tuotevalikoimallemme.”

– CEO Kathy Warden

Yritys on myös palauttanut yli 700 miljoonaa dollaria osakkeenomistajille osakkeiden takaisinostojen ja osinkojen kautta.

Tekoälyn rooli tähtitieteessä ja sen ulkopuolella

Tekoäly muuttaa toimialoja, mukaan lukien tähtitiedettä, jossa siitä on tullut kriittinen työkalu, jonka avulla tutkijat voivat tallentaa harvinaisia ja ohikiitäviä kosmisia tapahtumia kuten SN 2023zkd reaaliajassa, mikä oli lähes mahdotonta vain muutama vuosi sitten.

Kun tekoälytyökalut yhdistyvät massiivisten taivaankartoitusten ja observatorioiden, kuten Rubin, kanssa, ne avaavat oven moniin uusiin löytöihin, ja se, että samoja tekniikoita voidaan soveltaa myös lääketieteeseen, rahoitukseen, kansalliseen turvallisuuteen ja muualle, korostaa niiden valtavaa ristiinkäyttöpotentiaalia, merkiten innovaation uutta aikakautta.

Klikkaa tästä oppiaksesi kaiken tekoälyyn sijoittamisesta.

Lähteet:

1. Hahn, C., Lemos, P., Parker, L., ym. Kosmologiset rajoitukset ei-gaussisesta ja epälineaarisesta galaksien klusteroinnista SimBIG‑infrenssikehyksen avulla. Nature Astronomy, 8, 1457–1467, julkaistu 21. elokuuta 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., ym. Todisteita epävakausindusoidusta kaksinkertaisesta yhdistymisestä kaksipuolisessa, heliumirikkaassa tyypin IIn supernovassa 2023zkd. The Astrophysical Journal, 989, 182, julkaistu 13. elokuuta 2025. https://doi.org/10.3847/1538-4357/adea38