L’IA rileva la rara supernova SN 2023zkd in tempo reale

Una rara supernova chiamata SN 2023zkd è stata scoperta dagli astronomi con l’aiuto dell’intelligenza artificiale (IA).

L’IA è ora ampiamente utilizzata in vari settori come finanza, sanità, manifattura, cybersicurezza, gestione delle catastrofi e assistenza clienti. Sta trasformando il mondo automatizzando compiti ripetitivi, operando continuamente senza affaticamento, elaborando e analizzando enormi quantità di dati complessi, riducendo gli errori e migliorando il processo decisionale.

La tecnologia, che si riferisce alla capacità delle macchine di svolgere compiti tipicamente associati all’intelligenza umana, sta anche aiutando a rilevare nuovi oggetti nel cielo e ad approfondire la nostra comprensione dell’universo.

Ad esempio, qualche mese fa, l’IA ha aiutato un team internazionale di astronomi a svelare i misteri dell’universo valutando dati sui buchi neri. Utilizzando più di 12 milioni di simulazioni, i ricercatori hanno scoperto che il buco nero centrale della Via Lattea ruota quasi alla sua velocità massima.

Per raggiungere questo obiettivo, il team ha utilizzato simulazioni sintetiche per addestrare la rete, consentendo la scoperta di nuove intuizioni cosmiche sui buchi neri.

La rete è stata addestrata per estrarre informazioni dai dati dietro le immagini del buco nero Sagittarius A* presentate dalla collaborazione Event Horizon Telescope (EHT) nel 2022.

Mentre studi precedenti usavano solo una piccola quantità di dati sintetici realistici, l’ultimo studio ha inserito milioni di file in una rete neurale bayesiana, grazie alle capacità di calcolo ad alta velocità del CHTC, per fare un confronto più accurato tra i dati EHT e i modelli.

La rete neurale ha suggerito che il buco nero sta ruotando quasi alla massima velocità, e l’emissione vicina non è causata da un getto ma da elettroni estremamente caldi nel disco di accrescimento circostante. Inoltre, i campi magnetici nel disco sembrano comportarsi diversamente da quanto si fosse precedentemente sospettato.

Secondo il ricercatore principale Michael Janssen dell’Università Radboud di Nijmegen:

“Il fatto che stiamo sfidando la teoria prevalente è, naturalmente, entusiasmante. Tuttavia, vedo il nostro approccio basato su IA e apprendimento automatico principalmente come un primo passo. Successivamente, miglioreremo ed estenderemo i modelli e le simulazioni associate.”

Un altro studio dell’anno scorso ha usato l’IA per determinare cinque parametri cosmologici o le “impostazioni originali dell’universo¹” con precisione. Questi parametri, estratti da un set di dati (SDSS) contenente informazioni su più di 100.000 galassie, determinano come l’universo opera su larga scala.

Per estrarre informazioni preziose dal set di dati, il team deve prima addestrare l’IA su cosa cercare, e per questo hanno creato 2.000 universi simulati, ognuno con diverse impostazioni cosmologiche e sfide reali incontrate nei rilevamenti di galassie. 

Successivamente, sono stati forniti dati reali dal SDSS Baryon Oscillation Spectroscopic Survey, ottenendo risultati impressionanti che permettono agli astronomi di fare di più con meno dati e spingere i confini dell’astronomia.

Ora, nella più recente scoperta, gli scienziati hanno usato un nuovo sistema IA chiamato Lightcurve Anomaly Identification and Similarity Search (LAISS), che si basa sull’algoritmo di Spotify.

Creato dall’università di ricerca globale UC Santa Cruz, il sistema confronta le caratteristiche della supernova SN 2023zkd con un set di dati di oggetti noti per rilevare eventuali anomalie, che potrebbero indicare un fenomeno raro. Quando l’IA trova qualcosa di degno di attenzione, invia i candidati ai ricercatori per l’analisi in tempo reale.

Usando quel sistema IA, gli astronomi sono riusciti a identificare la supernova entro poche ore dalla sua esplosione. Una supernova è un’esplosione estremamente potente e luminosa di una stella, tra gli eventi più luminosi dell’universo, in grado di superare temporaneamente intere galassie.

Le supernove sono una parte essenziale del cosmo, poiché creano e diffondono elementi pesanti, i mattoni fondamentali per future stelle, pianeti e vita.

Questi sono eventi brevi, ma prima che la SN 2023zkd svanisse, i ricercatori sono riusciti a effettuare osservazioni di follow-up rapide. Le evidenze suggeriscono che questa particolare esplosione sia stata il risultato di una stella massiccia che ha avuto un incontro catastrofico con un compagno buco nero.

Il compagno ha o inghiottito parzialmente la stella o l’ha lacerata prima che potesse esplodere da sola.

È notevole che l’IA usata dagli astronomi per trovare anomalie fugaci in tempo reale, regolarmente e ‘senza fare affidamento sulla fortuna’, potrebbe anche essere impiegata per diagnosi mediche, prevenzione di frodi finanziarie e sicurezza nazionale, dimostrando la versatilità e le ampie capacità del sistema.

Catturare le esplosioni cosmiche nei loro momenti più iniziali

L’ultima scoperta è stata riportata questo mese da una collaborazione astronomica, che ha osservato un’esplosione di una grande stella confinata in un’orbita con un buco nero. Questa scoperta è stata realizzata con l’aiuto di un sistema IA, che cerca attivamente stelle subito dopo che esplodono.

Il nome dell’esplosione è SN 2023zkd, ed è stata rilevata per la prima volta due anni fa dal Zwicky Transient Facility. È stata identificata tramite un modello IA completamente nuovo, che è stato progettato per segnalare in tempo reale qualsiasi esplosione o evento cosmico insolito.

Disporre di un avviso precoce ha permesso al team di ricercatori di avviare subito le osservazioni di follow-up, un passo importante per catturare l’esplosione dalle sue prime fasi, coprire l’intera storia e trovare le sue origini.

Una volta terminata l’esplosione, è stata osservata da telescopi dallo spazio e a terra. In questo caso, due telescopi dell’osservatorio di ricerca astronomica delle Hawaii (Haleakalāa) sono stati usati dal Young Supernova Experiment (YSE) basato su UC Santa Cruz.

“Qualcosa di esattamente simile a questa supernova non è stato visto prima, quindi potrebbe essere molto rara.”

– Ryan Foley, professore associato di astronomia e astrofisica presso UC Santa Cruz

Mentre gli esseri umani sono anche bravi a individuare cose che ‘non sono come le altre’, l’algoritmo IA, ha osservato, può segnalarle molto prima di quanto potremmo notare, e ciò è fondamentale per osservazioni sensibili al tempo.

Il team di Foley gestisce effettivamente YSE, un sondaggio nel dominio temporale progettato per scoprire nuove supernove (SNe) e altri transitori cosmici entro ore o giorni dalla loro esplosione. Opera principalmente con telescopi Pan-STARRS che presto mapperanno 1500 gradi quadrati di cielo ogni tre giorni. 

Secondo il sito ufficiale, l’obiettivo di YSE è trovare campioni statistici di transitori giovani, rossi e rari. Mira anche a comprendere meglio la variabilità dei buchi neri.

Scansionare circa il 4% del cielo notturno ogni tre giorni ha permesso al team di scoprire migliaia di nuove esplosioni cosmiche, con decine di esse rilevate pochi giorni o ore dopo l’esplosione. 

Ora hanno scoperto qualcosa di interessante su SN 2023zkd, che è stato dettagliato nello studio intitolato ‘Evidence for an Instability-induced Binary Merger in the Double-peaked, Helium-rich Type IIn Supernova 2023zkd.’² Pubblicato nell’Astrophysical Journal, lo studio è finanziato da NASA, National Science Foundation, Moore Foundation e Packard Foundation.

Secondo gli astronomi dietro l’ultima scoperta, una collisione tra la stella massiccia e il buco nero era inevitabile.

La stella era bloccata in un’orbita con il buco nero e, man mano che l’energia veniva persa dall’orbita, si avvicinavano l’uno all’altro. La loro separazione continuava a diminuire mentre la gravità intensa del buco nero attirava polvere e gas dalla stella in un disco.

Questo è continuato e, prima che la stella potesse inghiottire il denso buco nero, lo stress gravitazionale di quest’ultimo ha causato l’esplosione della stella.

Quando l’esplosione si è scontrata con le shell di materiale delle interazioni precedenti, situate sopra e sotto il disco, ha alimentato un drammatico evento di ri-brillamento.

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

“La nostra analisi mostra che l’esplosione è stata innescata da un incontro catastrofico con un compagno buco nero, ed è la prova più forte finora che tali interazioni ravvicinate possano effettivamente detonare una stella.” 

Mentre è noto che la maggior parte delle stelle massicce si trovano in sistemi binari, Gagliano ha osservato che “catturare una nel momento in cui scambia massa poco prima di esplodere è incredibilmente raro”.

Ma questa non è l’unica interpretazione. Il team ha effettivamente contemplato più scenari di origine per la supernova.

L’altro, secondo il team di scienziati, è che il buco nero ha strappato completamente la stella massiccia prima che potesse esplodere da sola, attraverso un processo chiamato “spaghettificazione”. Il buco nero ha poi attirato i detriti della stella. Quando quei detriti si sono scontrati con il gas circostante, hanno prodotto la luce brillante. I dati non suggeriscono fortemente questo caso.

In entrambi gli scenari, il buco nero più massiccio è l’unica cosa rimasta. Secondo lo studio, il precursore ottico luminoso e le caratteristiche dell’esplosione sono più coerenti con una enorme stella di He parzialmente spogliata che subisce una fusione indotta da instabilità con un compagno buco nero.

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La strana vita della supernova SN 2023zkd

SN 2023zkd si trova a circa 730 milioni di anni luce dalla Terra. Inizialmente sembrava una supernova qualsiasi, un singolo lampo di luce che svanisce lentamente nel tempo. Ma non era così. 

Mentre gli astronomi continuavano a monitorare il declino di SN 2023zkd per molti mesi, hanno scoperto che la supernova si è nuovamente illuminata. Così, il team ha studiato i dati d’archivio per capire questo comportamento insolito, rivelando un’altra caratteristica unica.

Le osservazioni dal UV all’infrarosso della straordinaria supernova hanno mostrato un’emissione precursore persistente e luminosa che si estendeva per diversi anni prima della scoperta, seguita da una seconda fase di lenta illuminazione nel suo anno conclusivo.

Dopo la scoperta, la supernova ha mostrato due picchi di luminosità comparabili separati da 240 giorni, ovvero circa otto mesi.

Spettroscopicamente, ha mostrato profili Balmer e He I fortemente asimmetrici e multicomponenti. Queste sono linee spettrali specifiche di idrogeno (H) ed elio (He) osservate negli spettri stellari, usate per determinare l’età e la composizione delle popolazioni stellari in galassie e altri oggetti cosmici.

Quindi, prima che l’esplosione avvenisse, il sistema era già lentamente in aumento di luminosità per oltre quattro anni, circa 1.500 giorni. E questo tipo di attività prolungata prima dell’esplosione è raramente osservata nelle supernove. 

La stella ha sostanzialmente vissuto due grandi eruzioni prima di morire. Un’analisi dettagliata ha anche indicato che la luce dell’esplosione era il risultato del materiale che la stella aveva perso negli anni precedenti alla sua morte. 

“2023zkd mostra alcuni dei segni più chiari che abbiamo visto di una stella massiccia che interagisce con un compagno negli anni precedenti all’esplosione,” ha detto la coautrice dello studio, Ashley Villar, assistente professore di astronomia presso l’Università di Harvard in Massachusetts. “Crediamo che questo possa far parte di un’intera classe di esplosioni nascoste che l’IA ci aiuterà a scoprire.”

Quindi, l’aumento di luminosità che si è verificato prima dell’esplosione è stato il risultato dell’onda d’urto della supernova che si è scontrata con gas a bassa densità. Un altro picco, mesi dopo, è stato il risultato di un impatto lento e sostenuto con la nube densa a forma di disco.

Questa particolare struttura, insieme al comportamento pre-esplosione, indica che la stella morente era soggetta a stress gravitazionale estremo, probabilmente da un compagno compatto vicino come un buco nero. Dopo molte discussioni, il team ha proposto l’interpretazione che fosse un sistema binario con un buco nero.

Per assicurarsi che le osservazioni fossero allineate con la loro spiegazione, il team ha costruito il sistema e lo ha dimostrato metodicamente così.

Il team “ha costruito la piattaforma software che usiamo per consolidare i dati e gestire le osservazioni. Gli strumenti IA usati per questo studio sono integrati in questo ecosistema software,” ha detto Foley.

Mentre lo studio più recente evidenzia l’importanza dell’IA nel rilevare eventi cosmici rari in tempo reale, gli astronomi sottolineano anche l’importanza di strutture come il Vera C. Rubin Observatory e il ruolo significativo che possono svolgere nel prossimo decennio. 

Ex‑LSST, l’osservatorio, situato nelle Ande cilene, è dotato di un telescopio da 8,4 metri e della più grande fotocamera digitale per documentare l’intero cielo australe ogni poche notti. Il suo obiettivo è comprendere la natura della materia oscura, creare un inventario di oggetti come asteroidi e comete nel Sistema Solare, esplorare buchi neri e stelle esplosive, e mappare la Via Lattea.

Con il prossimo Legacy Survey for Space and Time del Rubin Observatory, previsto per scoprire ∼10⁵ SN all’anno, lo studio ha osservato che i campioni fotometrici di SNe IIn aumenteranno drasticamente quest’anno. Lo studio afferma:

“Gli algoritmi progettati per segnalare questi transitori a lunga durata e ri‑brillanti giocheranno un ruolo critico nella caratterizzazione dell’intera gamma di eventi fortemente interattivi.”

Le osservazioni del Rubin Observatory, combinate con la rilevazione IA in tempo reale, permetteranno agli astronomi di scoprire e studiare eventi più rari e complessi, aiutandoci a comprendere meglio come le stelle massicce vivono e muoiono in sistemi binari.

“Stiamo entrando in un’era in cui possiamo catturare automaticamente questi eventi rari mentre accadono, non solo dopo i fatti. Questo significa che possiamo finalmente iniziare a collegare i punti tra come una stella vive e come muore, ed è incredibilmente entusiasmante.”

– Gagliano

Nel frattempo, Foley ha osservato che, sebbene prevedere il percorso dell’IA sia difficile, è comunque avanzata e ha molte applicazioni che vanno oltre l’astronomia. Ha detto:

“È facile immaginare tecniche simili usate per lo screening di malattie, per concentrare l’attenzione su attacchi terroristici, trattare precocemente problemi di salute mentale e rilevare frodi finanziarie. Ovunque la rilevazione in tempo reale di anomalie possa essere utile, queste tecniche probabilmente giocheranno un ruolo in futuro.”

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Investire nella tecnologia spaziale

Mentre diverse società pubbliche sono strategicamente posizionate nel campo della tecnologia IA per l’esplorazione spaziale, Northrop Grumman (NOC ) si distingue come un importante appaltatore per le missioni spaziali.

Questo include il più grande e complesso telescopio spaziale mai costruito. Il James Webb Space Telescope della NASA è stato costruito in partnership con Northrop Grumman, che ha guidato la progettazione, lo sviluppo e l’integrazione di sistema dell’osservatorio. Nel 2022, il telescopio ha rivelato la sua prima immagine.

Northrop Grumman (NOC )

L’azienda ha anche ampliato l’uso dell’IA nello spazio per migliorare le operazioni dei veicoli spaziali. Sviluppando tecnologia robotica IA, mira a consentire operazioni in ambienti altamente complessi, incluse future missioni spaziali. L’IA agentica è inoltre pianificata per l’applicazione in tutte le fasi delle operazioni dei veicoli spaziali.

In generale, la società globale di tecnologia aerospaziale e difesa opera attraverso alcuni segmenti chiave: Space Systems, Mission Systems, Defense Systems e Aeronautics Systems.

Ha una capitalizzazione di mercato di $84.8 miliardi con azioni NOC, al momento della scrittura, quotate a $592.44, in rialzo del 26.24% anno‑to‑date (YTD). Ha un EPS (TTM) di 25.36 e un P/E (TTM) di 23.36. Gli azionisti di Northrop Grumman godono di un rendimento da dividendo dell’1.56%.

Per quanto riguarda i dati finanziari, per il Q2 2025, l’azienda ha registrato vendite per $10.4 miliardi. L’utile netto del periodo è stato di $1.2 miliardi, ovvero $8.15 per azione diluita. 

Il suo reddito operativo è stato di $335 milioni, il flusso di cassa netto dalle attività operative è stato di $557 milioni, e il flusso di cassa libero è stato di $468 milioni. I premi netti nel trimestre hanno totalizzato $7.4 miliardi, mentre il backlog totale è stato di $89.7 miliardi. 

“Stiamo lavorando con i nostri clienti per accelerare la consegna delle capacità per consentire la loro visione di pace attraverso la forza. Continuiamo a vedere una crescente domanda globale per la nostra ampia gamma di offerte di prodotto.”

– CEO Kathy Warden

L’azienda ha anche restituito oltre $700 milioni agli azionisti tramite riacquisti di azioni e dividendi.

Il ruolo dell’IA nell’astronomia e oltre

L’IA sta trasformando le industrie, inclusa l’astronomia, dove è diventata uno strumento critico per consentire agli scienziati di catturare eventi cosmici rari e fugaci come SN 2023zkd in tempo reale, qualcosa di quasi impossibile solo pochi anni fa.

Man mano che gli strumenti IA si combinano con enormi rilevamenti del cielo e osservatori come Rubin per aprire la porta a molte più scoperte, il fatto che queste stesse tecniche possano essere applicate anche a medicina, finanza, sicurezza nazionale e oltre evidenzia il loro enorme potenziale di crossover, segnando una nuova era di innovazione.

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Riferimenti:

1. Hahn, C., Lemos, P., Parker, L., et al. Cosmological constraints from non-Gaussian and nonlinear galaxy clustering using the SimBIG inference framework. Nature Astronomy, 8, 1457–1467, pubblicato 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, pubblicato 13 August 2025. https://doi.org/10.3847/1538-4357/adea38