AI oppdager sjelden supernova SN 2023zkd i sanntid

En sjelden supernova kalt SN 2023zkd har blitt oppdaget av astronomer med hjelp av kunstig intelligens (AI).

AI er nå i stor grad brukt på tvers av industrier som finans, helsevesen, produksjon, cybersikkerhet, katastrofehåndtering og kundeservice. Den forvandler verden ved å automatisere repeterende oppgaver, operere kontinuerlig uten tretthet, behandle og analysere enorme mengder kompleks data, minimere feil og forbedre beslutningstaking.

Teknologien, som refererer til maskiners evne til å utføre oppgaver som vanligvis er knyttet til menneskelig intelligens, hjelper også oss med å oppdage nye objekter på himmelen og utdype vår forståelse av universet.

For eksempel, for et par måneder siden hjalp AI et internasjonalt team av astronomer med å avdekke universets mysterier ved å vurdere data om sorte hull. Ved å bruke mer enn 12 millioner simuleringer fant forskerne at det sentrale sorte hullet i Melkeveien roterer med nesten maksimal hastighet.

For å oppnå dette benyttet teamet syntetiske simuleringer for å trene nettverket, noe som muliggjorde oppdagelsen av nye kosmiske innsikter om sorte hull.

Nettverket ble trent til å avdekke informasjon fra dataene bak bildene av sorte hullet Sagittarius A* som ble presentert av Event Horizon Telescope (EHT) Collaboration i 2022.

Mens tidligere studier brukte kun en liten mengde realistisk syntetisk data, den nyeste studien matet millioner av filer inn i et Bayesiansk nevralt nettverk, muliggjort av den høyhastighetsberegningskapasiteten til CHTC, for å gjøre en mer nøyaktig sammenligning mellom EHT-dataene og modellene.

Det nevrale nettverket antydet at det sorte hullet spinner med nesten topphastighet, og emisjonen i nærheten er ikke forårsaket av en jet, men av ekstremt varme elektroner i den omkringliggende akkresjonsdisken. Dessuten ser de magnetiske feltene i disken ut til å oppføre seg annerledes enn det som tidligere har blitt antatt.

Ifølge hovedforsker Michael Janssen ved Radboud University Nijmegen:

“At vi trosser den rådende teorien er selvfølgelig spennende. Imidlertid ser jeg vår AI- og maskinlæringsmetode primært som et første steg. Neste vil vi forbedre og utvide de tilknyttede modellene og simuleringene.”

En annen studie fra i fjor brukte AI til å bestemme fem kosmologiske parametere eller de opprinnelige “innstillingene til universet¹” med presisjon. Disse parametrene, hentet fra et datasett (SDSS) som inneholder informasjon om mer enn 100 000 galakser, bestemmer hvordan universet fungerer på de største skalaene.

For å trekke verdifull informasjon fra datasettet, måtte teamet først trene AI på hva den skulle lete etter, og for det opprettet de 2 000 simulerte universer, hver med ulike kosmologiske innstillinger og virkelige utfordringer som oppleves i galakseundersøkelser. 

Deretter ble den matet med ekte data fra SDSS Baryon Oscillation Spectroscopic Survey, noe som ga imponerende resultater som gjør det mulig for astronomer å gjøre mer med mindre data og presse grensene for astronomi.

Nå, i den siste oppdagelsen, brukte forskerne et nytt AI-system kalt Lightcurve Anomaly Identification and Similarity Search (LAISS), som er basert på Spotify-algoritmen.

Opprettet av det globale forskningsuniversitetet UC Santa Cruz, sammenligner systemet egenskapene til supernova SN 2023zkd mot et datasett av kjente objekter for å oppdage eventuelle avvik, som kan indikere et sjeldent fenomen. Når AI finner noe verdt å undersøke, sender den kandidater til forskere for analyse i sanntid.

Ved å bruke dette AI-systemet klarte astronomene å identifisere supernovaen innen timer etter eksplosjonen. En supernova er en ekstremt kraftig og lyssterk eksplosjon av en stjerne, som er blant de mest lysende hendelsene i universet og midlertidig kan overgå hele galakser i lysstyrke. 

Supernovaer er en essensiell del av kosmos, da de skaper og spre tunge elementer, som er de grunnleggende byggesteinene for fremtidige stjerner, planeter og liv.

Dette er korte hendelser, men før SN 2023zkd forsvant, klarte forskerne å gjøre raske oppfølgingsobservasjoner. Bevis tyder på at denne spesifikke eksplosjonen var resultatet av en massiv stjerne som hadde et katastrofalt møte med en svart hull-kompanjong.

Kompanjongen svelget enten stjernen delvis eller rev den i stykker før den kunne eksplodere på egen hånd.

Merkbart er AI-en som astronomene brukte for å finne flyktige avvik i sanntid, regelmessig, og ‘uten å stole på flaks’, også anvendelig for medisinsk diagnostikk, forebygging av økonomisk svindel og nasjonal sikkerhet, noe som viser systemets allsidighet og brede kapasiteter.

Fange kosmiske eksplosjoner i deres tidligste øyeblikk

Den siste oppdagelsen ble rapportert denne måneden av et astronomisamarbeid, som bemerket en eksplosjon av en enorm stjerne fanget i en bane med et svart hull. Denne oppdagelsen ble gjort med hjelp av et AI-system, som aktivt leter etter stjerner umiddelbart etter at de har eksplodert.

Eksplosjonens navn er SN 2023zkd, og den ble først oppdaget for to år siden av Zwicky Transient Facility. Den ble identifisert gjennom en helt ny AI-modell, som ble designet for å flagge uvanlige eksplosjoner eller kosmiske hendelser i sanntid.

Å ha en tidlig varsling gjorde det mulig for forskerteamet å starte oppfølgingsobservasjoner umiddelbart, noe som er et viktig steg for å fange eksplosjonen fra de tidligste stadiene, dekke hele historien og finne opprinnelsen.

Når eksplosjonen var over, ble den observert av teleskoper fra rommet så vel som fra bakken. I dette tilfellet ble to teleskoper ved Hawaiis astronomiske forskningsobservatorium (Haleakalāa) brukt av UC Santa Cruz-baserte Young Supernova Experiment (YSE).

“Noe helt som denne supernovaen har ikke blitt sett før, så den kan være veldig sjelden.”

– Ryan Foley, førsteamanuensis i astronomi og astrofysikk ved UC Santa Cruz

Mens mennesker også er flinke til å oppdage ting som ‘ikke er som de andre’, påpekte han at AI-algoritmen kan flagge dem mye tidligere enn vi kanskje legger merke til, og det er kritisk for tidsfølsomme observasjoner.

Foleys team driver faktisk YSE, en tidsdomeneundersøkelse designet for å oppdage nye supernovaer (SNe) og andre kosmiske transiente innen timer eller dager etter deres eksplosjon. Den opererer hovedsakelig med Pan-STARRS-teleskoper som snart vil kartlegge 1500 kvadratgrad av himmelen hver tredje dag. 

Ifølge den offisielle nettsiden, er YSEs mål å finne statistiske prøver av unge, røde og sjeldne transiente. Det har også som mål å forstå svart hull-variabilitet.

Å kartlegge omtrent 4 % av nattehimmelen hver tredje dag har gjort det mulig for teamet å oppdage tusenvis av nye kosmiske eksplosjoner, med dusinvis av dem bare dager eller timer etter eksplosjonen. 

Nå har de oppdaget noe interessant om SN 2023zkd, som ble detaljert beskrevet i studien med tittelen ‘Evidence for an Instability-induced Binary Merger in the Double-peaked, Helium-rich Type IIn Supernova 2023zkd.’² Publisert i Astrophysical Journal, studien finansieres av NASA, National Science Foundation, Moore Foundation og Packard Foundation.

Ifølge astronomene bak den siste oppdagelsen var en kollisjon mellom den massive stjernen og det svarte hullet uunngåelig.

Stjernen var låst i en bane med det svarte hullet, og etter hvert som energien ble tapt fra banen, kom de nærmere hverandre. Avstanden mellom dem fortsatte å minske mens det svarte hulls intense gravitasjon trakk støv og gass fra stjernen inn i en skive.

Dette fortsatte på, og før stjernen kunne fortære det tette svarte hullet, forårsaket den siste gravitasjonsstresset at stjernen eksploderte.

Da eksplosjonen kolliderte med materialskallene fra tidligere interaksjoner, plassert over og under skiven, drev den en dramatisk re-lysende hendelse.

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

“Our analysis shows that the blast was sparked by a catastrophic encounter with a black hole companion, and is the strongest evidence to date that such close interactions can actually detonate a star.” 

While it has been known that most massive stars are in binaries, Gagliano noted that “catching one in the act of exchanging mass shortly before it explodes is incredibly rare.”

Men dette er ikke den eneste tolkningen. Teamet vurderte faktisk flere opprinnelige scenarier for supernovaen.

Det andre, ifølge forskerteamet, er at det svarte hullet rev den massive stjernen fullstendig i stykker før den kunne eksplodere på egen hånd, gjennom en prosess kalt “spaghettifisering.” Det svarte hullet trakk deretter inn restene av stjernen. Når disse restene krasjet inn i gassen rundt, produserte de det sterke lyset. Data antyder ikke dette så sterkt.

I begge scenarier er det tyngre svarte hullet det eneste som er igjen. Ifølge studien er den lysende optiske forløperen og egenskapene til eksplosjonen funnet å være mest konsistente med en enorm og delvis stripped He-stjerne som gjennomgår en instabilitetsindusert fusjon med en svart hull-kompanjong.

Klikk her for å lære alt om James Webb-romteleskopet.

Det merkelige livet til supernova SN 2023zkd

SN 2023zkd ligger omtrent 730 millioner lysår fra planeten vår Jorden. I begynnelsen så den ut som enhver supernova, en enkelt lysutbrudd som sakte falmer over tid. Men det var ikke tilfelle. 

Etter hvert som astronomene fortsatte å overvåke nedgangen til SN 2023zkd over mange måneder, oppdaget de at supernovaen ble lysere igjen. Så vendte teamet seg mot arkivdata for å få innsikt i denne uvanlige oppførselen, som avdekket en annen unik egenskap.

Ultrafiolett til infrarøde observasjoner av den ekstraordinære supernovaen viste vedvarende og lyssterk forløpsutslipp som strakte seg over flere år før oppdagelsen, etterfulgt av en andre fase med langsom opplysning i det avsluttende året.

Etter oppdagelsen viste supernovaen to sammenlignbare lysstyrke-topper separert med 240 dager, eller omtrent åtte måneder.

Spektroskopisk viste den sterkt asymmetriske, multikomponent Balmer- og He I-profiler. Dette er spesifikke spektrallinjer for hydrogen (H) og helium (He) observert i stjernespektre, brukt for å bestemme alderen og sammensetningen av stjernepopulasjoner i galakser og andre kosmiske objekter.

Så, før eksplosjonen i det hele tatt skjedde, steg systemet allerede sakte i lysstyrke i over fire år, eller omtrent 1 500 dager. Og denne typen langvarig aktivitet før eksplosjonen ses sjelden i supernovaer. 

Stjernen opplevde i hovedsak to store utbrudd før den døde. En detaljert analyse indikerte også at eksplosjonslyset var resultatet av materialet stjernen hadde kastet bort i årene før den døde. 

“2023zkd viser noen av de klareste tegnene vi har sett på en massiv stjerne som interagerer med en kompanjong i årene før eksplosjon,” sa studiens medforfatter, Ashley Villar, som er førsteamanuensis i astronomi ved Harvard University i Massachusetts. “Vi tror dette kan være en del av en hel klasse av skjulte eksplosjoner som AI vil hjelpe oss å oppdage.”

Så, opplysningen som skjedde før eksplosjonen var resultatet av supernovaens sjokkbølge som slo inn i lavt tetthetsgass. En annen topp, måneder senere, var resultatet av en langsom og vedvarende påvirkning med den tette, skive-lignende skyen.

Denne spesifikke strukturen, sammen med oppførselen før eksplosjon, peker på at den døende stjernen var under ekstrem gravitasjonsstress, muligens fra en nærliggende, kompakt kompanjong som et svart hull. Etter mye diskusjon kom teamet frem til forklaringen at det var et binært system med et svart hull.

For å sikre at observasjonene er i samsvar med deres forklaring, bygde teamet systemet og demonstrerte det metodisk som sådan.

Teamet “bygde programvareplattformen vi bruker for å konsolidere data og håndtere observasjoner. AI-verktøyene som ble brukt i denne studien er integrert i dette programvareøkosystemet,” sa Foley.

Mens den siste studien viser viktigheten av AI i å oppdage sjeldne kosmiske hendelser i sanntid, peker astronomene også på fasiliteter som Vera C. Rubin Observatory og den betydelige rollen de kan spille i løpet av det neste tiåret. 

Tidligere kjent som Large Synoptic Survey Telescope (LSST), ligger observatoriet i de chilenske Andesfjellene og er utstyrt med et 8,4 meter teleskop og det største digitale kameraet for å dokumentere hele den sørlige himmelen hver noen netter. Målet er å forstå naturen til mørk materie, lage en oversikt over objekter som asteroider og kometer i solsystemet, utforske sorte hull og eksploderende stjerner, og kartlegge Melkeveien.

Med den kommende Legacy Survey for Space and Time fra Rubin Observatory forventes å oppdage ∼10⁵ yr⁻¹, bemerket studien at de fotometriske (som måler intensiteten eller fluksen av lys fra astronomiske objekter) prøvene av SNe IIn vil øke dramatisk i år. Studien uttalte:

“Algoritmer designet for å flagge disse langlevende og re-lysende transientene vil spille en kritisk rolle i å karakterisere hele bredden av sterkt interaktive hendelser.”

Observasjoner fra Rubin Observatory, kombinert med sanntids AI-detektering, vil gjøre det mulig for astronomer å oppdage og studere sjeldnere, komplekse hendelser, og hjelpe oss å forstå bedre hvordan massive stjerner lever og dør i binære systemer.

“Vi går nå inn i en æra hvor vi automatisk kan fange disse sjeldne hendelsene mens de skjer, ikke bare i etterkant. Det betyr at vi endelig kan begynne å koble sammen hvordan en stjerne lever og hvordan den dør, og det er utrolig spennende.”

– Gagliano

I mellomtiden bemerket Foley at selv om det er vanskelig å forutsi AI‑ens vei er den fortsatt avansert og har mange bruksområder som går utover astronomi. Han sa:

“Du kan lett forestille deg at lignende teknikker brukes til å screene for sykdommer, fokusere oppmerksomhet på terrorangrep, behandle psykiske helseproblemer tidlig, og oppdage økonomisk svindel. Hvor som helst sanntidsdeteksjon av avvik kan være nyttig, vil disse teknikkene sannsynligvis etter hvert spille en rolle.”

Swipe to scroll →

Investere i romteknologi

Mens flere offentlige selskaper er strategisk posisjonert innen AI-romutforskningsteknologi, Northrop Grumman (NOC ) skiller seg ut som en nøkkelkontraktør for romoppdrag.

Dette inkluderer det største og mest komplekse romteleskopet som noen gang er bygget. NASA’s James Webb Space Telescope ble bygget i partnerskap med Northrop Grumman, som ledet design, utvikling og systemintegrasjon av observatoriet. I 2022 avslørte teleskopet sitt første bilde.

Northrop Grumman (NOC )

Selskapet har også utvidet bruken av AI i rom for å forbedre romfartøyoperasjoner. Ved å utvikle AI-robotikkteknologi, har de som mål å muliggjøre operasjoner i svært komplekse miljøer, inkludert fremtidige romoppdrag. Agentisk AI er videre planlagt for anvendelse gjennom alle faser av romfartøyoperasjoner.

Generelt opererer det globale luftfarts- og forsvarsteknologiselskapet gjennom noen nøkkelsegmenter: Space Systems, Mission Systems, Defense Systems og Aeronautics Systems.

Det har en markedsverdi på 84,8 milliarder dollar med NOC-aksjer, per skrivende stund handlet til 592,44 $, opp 26,24 % år‑til‑dato (YTD). Det har en EPS (TTM) på 25,36 og en P/E (TTM) på 23,36. Northrop Grumman‑aksjonærer nyter en utbytteavkastning på 1,56 %.

Når det gjelder finansene, rapporterte selskapet for Q2 2025 et salg på 10,4 milliarder dollar. Nettoresultatet for perioden var 1,2 milliarder dollar, eller 8,15 $ per utvannet aksje. 

Driftsinntekten var 335 millioner dollar, netto kontantstrøm fra driftsaktiviteter var 557 millioner dollar, og fri kontantstrøm var 468 millioner dollar. Netto belønninger i kvartalet beløp seg til 7,4 milliarder dollar, mens total backlog var 89,7 milliarder dollar. 

“Vi jobber med våre kunder for å akselerere leveranse av kapasiteter for å muliggjøre deres visjon om fred gjennom styrke. Vi ser fortsatt økende etterspørsel globalt for vårt brede spekter av produkttilbud.”

– administrerende direktør Kathy Warden

Selskapet har også returnert over 700 millioner dollar til aksjonærene gjennom aksjetilbakekjøp og utbytte.

AI sin rolle i astronomi og videre

AI transformerer industrier, inkludert astronomi, hvor den har blitt et kritisk verktøy for å gjøre det mulig for forskere å fange sjeldne og flyktige kosmiske hendelser som SN 2023zkd i sanntid, noe som var nesten umulig for bare noen år siden.

Etter hvert som AI-verktøy kombineres med massive himmelundersøkelser og observatorier som Rubin for å åpne døren til mange flere oppdagelser, viser det faktum at de samme teknikkene også kan anvendes innen medisin, finans, nasjonal sikkerhet og videre deres enorme kryss‑over‑potensial, og signaliserer en ny æra av innovasjon.

Klikk her for å lære alt om investering i kunstig intelligens.

Referanser:

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, publisert 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, publisert 13. august 2025. https://doi.org/10.3847/1538-4357/adea38