AI detecteert zeldzame supernova SN 2023zkd in realtime

Een zeldzame supernova genaamd SN 2023zkd is ontdekt door astronomen met behulp van kunstmatige intelligentie (AI).

AI wordt nu uitgebreid gebruikt in verschillende sectoren zoals financiën, gezondheidszorg, productie, cyberbeveiliging, rampenbeheer en klantenservice. Het transformeert de wereld door repetitieve taken te automatiseren, continu te opereren zonder vermoeidheid, enorme hoeveelheden complexe data te verwerken en analyseren, fouten te minimaliseren en besluitvorming te verbeteren.

De technologie, die verwijst naar het vermogen van machines om taken uit te voeren die gewoonlijk met menselijke intelligentie geassocieerd worden, helpt ons ook nieuwe objecten aan de hemel te detecteren en ons begrip van het universum te verdiepen.

Zo hielp AI enkele maanden geleden een internationaal team van astronomen de mysteries van het universum te ontrafelen door data over zwarte gaten te analyseren. Met meer dan 12 miljoen simulaties ontdekten onderzoekers dat het centrale zwarte gat van de Melkweg bijna op maximale snelheid draait.

Om dit te bereiken gebruikte het team synthetische simulaties om het netwerk te trainen, waardoor nieuwe kosmische inzichten over zwarte gaten werden ontdekt.

Het netwerk werd getraind om informatie te ontrafelen uit de data achter de afbeeldingen van het zwarte gat Sagittarius A* die in 2022 werden gepresenteerd door de Event Horizon Telescope (EHT) Collaboration.

Terwijl eerdere studies slechts een kleine hoeveelheid realistische synthetische data gebruikten, voerde de nieuwste studie miljoenen bestanden in een Bayesiaans neuraal netwerk, mogelijk gemaakt door de high‑throughput rekencapaciteiten van CHTC, om een nauwkeurigere vergelijking tussen de EHT‑data en de modellen te maken.

Het neurale netwerk suggereerde dat het zwarte gat bijna op maximale snelheid draait, en de nabijgelegen emissie wordt niet veroorzaakt door een straal maar door extreem hete elektronen in de omringende accretieschijf. Bovendien lijken de magnetische velden in de schijf zich anders te gedragen dan eerder werd vermoed.

Volgens hoofdonderzoeker Michael Janssen van Radboud Universiteit Nijmegen:

“Dat we de heersende theorie tegenspreken is natuurlijk opwindend. Echter, ik zie onze AI- en machine‑learning‑aanpak voornamelijk als een eerste stap. Vervolgens zullen we de bijbehorende modellen en simulaties verbeteren en uitbreiden.”

Een andere studie van vorig jaar gebruikte AI om vijf kosmologische parameters of de oorspronkelijke “instellingen van het universum¹” met precisie te bepalen. Deze parameters, geëxtraheerd uit een dataset (SDSS) met informatie over meer dan 100.000 sterrenstelsels, bepalen hoe het universum op de grootste schaal werkt.

Om waardevolle informatie uit de dataset te halen, moet het team eerst de AI trainen op wat gezocht moet worden, en daarvoor hebben ze 2.000 gesimuleerde universums gecreëerd, elk met verschillende kosmologische instellingen en realistische uitdagingen die zich voordoen in galaxie‑surveys. 

Vervolgens werd echte data van de SDSS Baryon Oscillation Spectroscopic Survey ingevoerd, wat indrukwekkende resultaten opleverde die astronomen in staat stellen meer te doen met minder data en de grenzen van de astronomie te verleggen.

Nu, in de nieuwste ontdekking, gebruikten wetenschappers een nieuw AI‑systeem genaamd Lightcurve Anomaly Identification and Similarity Search (LAISS), dat gebaseerd is op het Spotify‑algoritme.

Gecreëerd door de wereldwijde onderzoeksuniversiteit UC Santa Cruz, vergelijkt het systeem de kenmerken van supernova SN 2023zkd met een dataset van bekende objecten om eventuele anomalieën te detecteren, die op een zeldzaam fenomeen kunnen wijzen. Wanneer de AI iets vindt dat het waard is om te onderzoeken, stuurt het kandidaten naar onderzoekers voor analyse in realtime.

Met dat AI‑systeem konden de astronomen de supernova binnen enkele uren na de explosie identificeren. Een supernova is een extreem krachtige en heldere explosie van een ster, een van de meest lumineuze gebeurtenissen in het universum die tijdelijk hele sterrenstelsels kan overtreffen.

Supernovas vormen een essentieel onderdeel van het heelal, omdat ze zware elementen creëren en verspreiden, de fundamentele bouwstenen voor toekomstige sterren, planeten en leven.

Dit zijn korte gebeurtenissen, maar voordat SN 2023zkd vervaagde, konden de onderzoekers snelle vervolgobservaties uitvoeren. Bewijs suggereert dat deze specifieke explosie het gevolg was van een massieve ster die een catastrofale ontmoeting had met een zwart gat als metgezel.

De metgezel heeft de ster gedeeltelijk opgeslokt of uit elkaar gerukt voordat deze zelfstandig kon exploderen.

Opmerkelijk is dat de AI die door de astronomen wordt gebruikt om vluchtige anomalieën in realtime en regelmatig te vinden, zonder op geluk te vertrouwen, ook kan worden ingezet voor medische diagnostiek, preventie van financiële fraude en nationale veiligheid, wat de veelzijdigheid en brede toepasbaarheid van het systeem aantoont.

Vangende kosmische explosies in hun vroegste momenten

De nieuwste ontdekking werd deze maand gerapporteerd door een astronomische samenwerking, die een explosie van een enorme ster in een baan met een zwart gat noteerde. Deze ontdekking werd mogelijk gemaakt met behulp van een AI‑systeem dat actief zoekt naar sterren direct nadat ze exploderen.

De explosie heet SN 2023zkd, en werd twee jaar geleden voor het eerst gedetecteerd door de Zwicky Transient Facility. Het werd geïdentificeerd via een gloednieuw AI‑model, dat is ontworpen om elke ongebruikelijke explosie of kosmisch evenement in realtime te signaleren.

Het hebben van een vroege waarschuwing stelde het onderzoeksteam in staat onmiddellijk vervolgobservaties te starten, een belangrijke stap om de explosie vanaf de vroegste stadia vast te leggen, het volledige verhaal te documenteren en de oorsprong te achterhalen.

Nadat de explosie voorbij was, werd deze waargenomen door telescopen vanuit de ruimte evenals vanaf de grond. In dit geval werden twee telescopen op het astronomische onderzoeksobservatorium van Hawaii (Haleakalāa) gebruikt door het UC Santa Cruz‑gebaseerde Young Supernova Experiment (YSE).

“Iets precies als deze supernova is nog niet eerder gezien, dus het zou zeer zeldzaam kunnen zijn.”

– Ryan Foley, universitair hoofddocent astronomie en astrofysica aan UC Santa Cruz

Hoewel mensen ook goed zijn in het opmerken van dingen die ‘anders zijn’, kan het AI‑algoritme, merkte hij op, ze veel eerder signaleren dan wij zouden opmerken, en dat is cruciaal voor tijdgevoelige observaties.

Foley’s team beheert YSE, een tijdsdomein‑survey ontworpen om nieuwe supernovae (SNe) en andere kosmische transiënten binnen uren of dagen na hun explosie te ontdekken. Het maakt voornamelijk gebruik van Pan-STARRS‑telescopen die binnenkort elke drie dagen 1500 vierkante graden van de hemel zullen scannen. 

Volgens de officiële website is het doel van YSE om statistische monsters te vinden van jonge, rode en zeldzame transiënten. Het streeft ook naar een beter begrip van de variabiliteit van zwarte gaten.

Door elke drie dagen ongeveer 4 % van de nachtelijke hemel te scannen, heeft het team duizenden nieuwe kosmische explosies ontdekt, waarvan tientallen slechts dagen of uren na de explosie werden waargenomen. 

Nu hebben ze iets interessants ontdekt over SN 2023zkd, die werd beschreven in de studie getiteld ‘Evidence for an Instability-induced Binary Merger in the Double-peaked, Helium-rich Type IIn Supernova 2023zkd.’² Gepubliceerd in het Astrophysical Journal, wordt de studie is gefinancierd door NASA, de National Science Foundation, de Moore Foundation en de Packard Foundation.

Volgens de astronomen achter de nieuwste ontdekking stond een botsing tussen de massieve ster en het zwarte gat op het punt te gebeuren.

De ster zat in een baan met het zwarte gat, en toen de energie uit de baan verloren ging, kwamen ze dichter bij elkaar. Hun afstand bleef afnemen terwijl de intense zwaartekracht van het zwarte gat stof en gas van de ster in een schijf trok.

Dit ging door op, en voordat de ster het dichte zwarte gat kon verslinden, veroorzaakte de zwaartekrachtstress van het zwarte gat dat de ster explodeerde.

Toen de explosie botste met de materiaalschillen van eerdere interacties, gelegen boven en onder de schijf, veroorzaakte dit een dramatisch opnieuw oplichtend evenement.

“Onze analyse toont aan dat de explosie werd veroorzaakt door een catastrofale ontmoeting met een zwart gat als metgezel, en is tot nu toe het sterkste bewijs dat zulke nauwe interacties daadwerkelijk een ster kunnen detoneren.” 

Hoewel bekend is dat de meeste massieve sterren in binaire systemen voorkomen, merkte Gagliano op dat “het vangen van één in de handeling van massatransfer kort voor de explosie ongelooflijk zeldzaam is.”

Maar dit is niet de enige interpretatie. Het team overwoog daadwerkelijk meerdere oorsprongscenario’s voor de supernova.

Het andere scenario, volgens het team van wetenschappers, is dat het zwarte gat de massieve ster volledig uit elkaar scheurde voordat deze zelfstandig kon exploderen, via een proces dat ‘spaghettificatie’ wordt genoemd. Het zwarte gat trok vervolgens het puin van de ster aan. Toen dat puin in het omringende gas botste, produceerde het helder licht. De gegevens suggereren dit scenario niet zo sterk.

In beide scenario’s blijft het zwaardere zwarte gat het enige achter. Volgens de studie zijn de optische voorloper van de opheldering en de kenmerken van de explosie het meest consistent met een enorme, half gestript He‑ster die een instabiliteit‑geïnduceerde fusie ondergaat met een zwart gat als metgezel.

Klik hier om alles te leren over de James Webb Space Telescope.

Het vreemde leven van supernova SN 2023zkd

SN 2023zkd bevindt zich ongeveer 730 miljoen lichtjaar van onze planeet Aarde. In eerste instantie leek het op elke supernova, een enkele lichtflits die langzaam vervaagt.

Naarmate astronomen de afname van SN 2023zkd over vele maanden bleven volgen, ontdekten ze dat de supernova opnieuw feller werd. Het team wendde zich daarom tot het bestuderen van archiefdata om inzicht te krijgen in dit ongebruikelijke gedrag, wat een ander uniek kenmerk onthulde.

Ultraviolet- tot infraroodobservaties van de buitengewone supernova toonden een aanhoudende en heldere voorloperstraling die zich uitstrekte over meerdere jaren vóór de ontdekking, gevolgd door een tweede fase van langzaam feller worden in het laatste jaar.

Na de ontdekking vertoonde de supernova twee vergelijkbare helderheidspieken, gescheiden door 240 dagen, of ongeveer acht maanden.

Spectroscopisch vertoonde het sterk asymmetrische, multicomponent Balmer- en He I-profielen. Dit zijn specifieke spectrale lijnen van waterstof (H) en helium (He) die in sterrenspectra worden waargenomen en worden gebruikt om de leeftijd en samenstelling van sterpopulaties in sterrenstelsels en andere kosmische objecten te bepalen.

Dus, nog voordat de explosie plaatsvond, steeg het systeem al langzaam in helderheid gedurende meer dan vier jaar, of ongeveer 1.500 dagen. En dit soort langdurige activiteit vóór de explosie wordt zelden gezien bij supernova’s. 

De ster onderging in feite twee grote uitbarstingen voordat hij stierf. Een gedetailleerde analyse gaf ook aan dat het licht van de explosie het resultaat was van het materiaal dat de ster in de jaren voorafgaand aan zijn dood had afgestoten. 

“2023zkd toont enkele van de duidelijkste tekenen die we hebben gezien van een massieve ster die in de jaren vóór de explosie met een metgezel interacteert,” zei co‑auteur van de studie, Ashley Villar, assistent‑professor astronomie aan de Harvard University in Massachusetts. “We denken dat dit deel kan uitmaken van een hele klasse verborgen explosies die AI ons zal helpen ontdekken.”

Dus, de opheldering die zich vóór de explosie voordeed, was het resultaat van de schokgolf van de supernova die in laagdichtheidsgas botste. Een andere piek, maanden later, was het resultaat van een langzame en aanhoudende impact met de dichte, schijf‑achtige wolk.

Deze specifieke structuur, samen met het gedrag vóór de explosie, wijst erop dat de ster die sterft onder extreme gravitationele stress staat, mogelijk door een nabijgelegen compacte metgezel zoals een zwart gat. Na veel discussie kwam het team tot de verklaring dat het een binair systeem met een zwart gat betrof.

Om ervoor te zorgen dat de observaties in overeenstemming zijn met hun verklaring, bouwde het team het systeem en toonde het methodisch aan zoals bedoeld.

Het team “bouwde het softwareplatform dat we gebruiken om data te consolideren en observaties te beheren. De AI‑tools die voor deze studie werden gebruikt, zijn geïntegreerd in dit software‑ecosysteem,” zei Foley.

Hoewel de nieuwste studie het belang van AI aantoont bij het opsporen van zeldzame kosmische gebeurtenissen in realtime, wijzen de astronomen ook op faciliteiten zoals het Vera C. Rubin Observatory en de belangrijke rol die ze de komende decennium kunnen spelen. 

Voorheen bekend als de Large Synoptic Survey Telescope (LSST), bevindt het observatorium zich in de Chileense Andes en is uitgerust met een 8,4‑meter telescoop en de grootste digitale camera om elke paar nachten de volledige zuidelijke hemel te documenteren. Het doel is de aard van donkere materie te begrijpen, een inventaris van objecten zoals asteroïden en kometen in het zonnestelsel te maken, zwarte gaten en exploderende sterren te verkennen, en de Melkweg in kaart te brengen.

Met de aankomende Legacy Survey for Space and Time van het Rubin Observatory, die naar verwachting ∼10⁵ per jaar zal ontdekken, merkte de studie op dat de fotometrische (betreffende de meting van de intensiteit of flux van licht uitgezonden door astronomische objecten) monsters van SNe IIn dit jaar dramatisch zullen toenemen. De studie stelde:

“Algoritmen die zijn ontworpen om deze langdurige en opnieuw oplichtende transiënten te signaleren, zullen een cruciale rol spelen bij het karakteriseren van de volledige breedte van sterk interacterende gebeurtenissen.”

Observaties van het Rubin Observatory, gecombineerd met realtime AI-detectie, zullen astronomen in staat stellen zeldzamere, complexe gebeurtenissen te ontdekken en te bestuderen, waardoor we beter begrijpen hoe massieve sterren leven en sterven in binaire systemen.

“We betreden nu een tijdperk waarin we deze zeldzame gebeurtenissen automatisch kunnen opvangen terwijl ze gebeuren, niet alleen achteraf. Dat betekent dat we eindelijk de verbanden kunnen leggen tussen hoe een ster leeft en hoe hij sterft, en dat is ongelooflijk opwindend.”

– Gagliano

Ondertussen merkte Foley op dat het voorspellen van het pad van de AI moeilijk is, maar het is nog steeds geavanceerd en heeft vele toepassingen die verder gaan dan de astronomie. Hij zei:

“Je kunt je gemakkelijk voorstellen dat vergelijkbare technieken worden gebruikt om ziekten te screenen, de aandacht te richten op terroristische aanslagen, mentale gezondheidsproblemen vroegtijdig te behandelen en financiële fraude te detecteren. Overal waar realtime detectie van anomalieën nuttig kan zijn, zullen deze technieken waarschijnlijk uiteindelijk een rol spelen.”

Swipe to scroll →

Investeren in ruimtetechnologie

Hoewel verschillende beursgenoteerde bedrijven strategisch gepositioneerd zijn op het gebied van AI‑ruimteverkenningstechnologie, Northrop Grumman (NOC ) valt op als een belangrijke aannemer voor ruimtemissies.

Dit omvat de grootste en meest complexe ruimtetelescoop die ooit is gebouwd. NASA’s James Webb Space Telescope werd gebouwd in samenwerking met Northrop Grumman, dat het ontwerp, de ontwikkeling en de systeemintegratie van het observatorium leidde. In 2022 onthulde de telescoop zijn eerste afbeelding.

Northrop Grumman (NOC )

Het bedrijf breidt ook het gebruik van AI in de ruimte uit om de werking van ruimtevaartuigen te verbeteren. Door AI‑roboticatietechnologie te ontwikkelen, wil het operaties in zeer complexe omgevingen mogelijk maken, inclusief toekomstige ruimtemissies. Agentische AI is bovendien gepland voor toepassing in alle fasen van de operaties van ruimtevaartuigen.

In het algemeen opereert het wereldwijde lucht- en ruimtevaart- en defensietechnologiebedrijf via enkele belangrijke segmenten: Space Systems, Mission Systems, Defense Systems, en Aeronautics Systems.

Het heeft een marktkapitalisatie van $84,8 miljard met NOC‑aandelen, en wordt op het moment van schrijven verhandeld tegen $592,44, een stijging van 26,24 % jaar‑tot‑datum (YTD). Het heeft een EPS (TTM) van 25,36 en een P/E (TTM) van 23,36. Aandeelhouders van Northrop Grumman genieten van een dividendrendement van 1,56 %.

Wat betreft de financiën, rapporteerde het bedrijf voor Q2 2025 een omzet van $10,4 miljard. De nettowinst voor de periode bedroeg $1,2 miljard, of $8,15 per verwaterde aandeel. 

De operationele winst bedroeg $335 miljoen, de netto kasstroom uit operationele activiteiten was $557 miljoen, en de vrije kasstroom was $468 miljoen. Netto awards in het kwartaal bedroegen $7,4 miljard, terwijl de totale backlog $89,7 miljard was. 

“We werken samen met onze klanten om de levering van capaciteiten te versnellen zodat hun visie van vrede door kracht wordt gerealiseerd. We blijven wereldwijd een groeiende vraag zien naar ons brede scala aan productaanbiedingen.”

– CEO Kathy Warden

Het bedrijf heeft ook meer dan $700 miljoen teruggegeven aan aandeelhouders via aandeleninkoop en dividenden.

De rol van AI in de astronomie en daarbuiten

AI transformeert industrieën, inclusief de astronomie, waar het een cruciaal hulpmiddel is geworden om wetenschappers in staat te stellen zeldzame en vluchtige kosmische gebeurtenissen zoals SN 2023zkd in realtime vast te leggen, iets dat enkele jaren geleden bijna onmogelijk was.

Naarmate AI‑tools worden gecombineerd met enorme hemelonderzoeken en observatoria zoals Rubin, opent zich de deur naar nog meer ontdekkingen; het feit dat dezelfde technieken ook kunnen worden toegepast in de geneeskunde, financiën, nationale veiligheid en daarbuiten onderstreept hun enorme kruisbestekpotentieel en signaleert een nieuw tijdperk van innovatie.

Klik hier om alles te leren over investeren in kunstmatige intelligentie.

Referenties:

1. Hahn, C., Lemos, P., Parker, L., et al. Cosmologische beperkingen uit niet‑Gaussiaanse en niet‑lineaire clustering van sterrenstelsels met behulp van het SimBIG‑inference‑framework. Nature Astronomy, 8, 1457–1467, gepubliceerd 21 augustus 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. Bewijs voor een instabiliteit‑geïnduceerde binaire fusie in de dubbel‑piekerige, helium‑rijke Type IIn supernova 2023zkd. The Astrophysical Journal, 989, 182, gepubliceerd 13 augustus 2025. https://doi.org/10.3847/1538-4357/adea38