IA Detecta Supernova Rara SN 2023zkd em Tempo Real

Uma supernova rara chamada SN 2023zkd foi descoberta por astrônomos com a ajuda da inteligência artificial (IA).

IA está agora amplamente usada em diversos setores como finanças, saúde, manufatura, cibersegurança, gerenciamento de desastres e atendimento ao cliente. Está transformando o mundo ao automatizar tarefas repetitivas, operar continuamente sem fadiga, processar e analisar enormes quantidades de dados complexos, minimizar erros e melhorar a tomada de decisões.

A tecnologia, que se refere à capacidade das máquinas de executar tarefas normalmente relacionadas à inteligência humana, também está nos ajudando a detectar novos objetos no céu e aprofundar nossa compreensão do universo.

Por exemplo, há alguns meses, a IA ajudou uma equipe internacional de astrônomos a desvendar os mistérios do universo ao analisar dados sobre buracos negros. Usando mais de 12 milhões de simulações, os pesquisadores descobriram que o buraco negro central da Via Láctea está girando quase em sua velocidade máxima.

Para alcançar isso, a equipe utilizou simulações sintéticas para treinar a rede, permitindo a descoberta de novos insights cósmicos sobre buracos negros.

A rede foi treinada para descobrir informações a partir dos dados por trás das imagens do buraco negro Sagitário A* apresentadas pela colaboração do Event Horizon Telescope (EHT) em 2022.

Enquanto estudos anteriores usaram apenas uma pequena quantidade de dados sintéticos realistas, o estudo mais recente alimentou milhões de arquivos em uma rede neural bayesiana, possibilitado pelas capacidades de computação de alta taxa de transferência do CHTC, para fazer uma comparação mais precisa entre os dados do EHT e os modelos.

A rede neural sugeriu que o buraco negro está girando quase em velocidade máxima, e a emissão nas proximidades não é causada por um jato, mas por elétrons extremamente quentes no disco de acreção circundante. Além disso, os campos magnéticos no disco parecem se comportar de maneira diferente do que se suspeitava anteriormente.

De acordo com o pesquisador principal Michael Janssen da Radboud University Nijmegen:

“Desafiar a teoria predominante é, claro, empolgante. No entanto, vejo nossa abordagem de IA e aprendizado de máquina principalmente como um primeiro passo. Em seguida, vamos melhorar e expandir os modelos e simulações associados.”

Outro estudo do ano passado usou IA para determinar cinco parâmetros cosmológicos ou as “configurações do universo¹” com precisão. Esses parâmetros, extraídos de um conjunto de dados (SDSS) contendo informações sobre mais de 100.000 galáxias, determinam como o universo funciona em grandes escalas.

Para extrair informações valiosas do conjunto de dados, a equipe primeiro precisa treinar a IA sobre o que procurar, e para isso, criaram 2.000 universos simulados, cada um com diferentes configurações cosmológicas e desafios reais encontrados em levantamentos de galáxias. 

Em seguida, foram alimentados com dados reais do SDSS Baryon Oscillation Spectroscopic Survey, proporcionando resultados impressionantes que permitem aos astrônomos fazer mais com menos dados e expandir os limites da astronomia.

Agora, na descoberta mais recente, os cientistas usaram um novo sistema de IA chamado Lightcurve Anomaly Identification and Similarity Search (LAISS), que se baseia no algoritmo do Spotify.

Criado pela universidade de pesquisa global, UC Santa Cruz, o sistema compara as características da supernova SN 2023zkd com um conjunto de dados de objetos conhecidos para detectar qualquer anomalia, o que pode indicar um fenômeno raro. Quando a IA encontra algo que vale a pena analisar, envia os candidatos aos pesquisadores para análise em tempo real.

Usando esse sistema de IA, os astrônomos conseguiram identificar a supernova dentro de horas após sua explosão. Uma supernova é uma explosão extremamente poderosa e brilhante de uma estrela, que está entre os eventos mais luminosos do universo, podendo temporariamente ofuscar galáxias inteiras.

Supernovas são uma parte essencial do cosmos, pois criam e espalham elementos pesados, que são os blocos de construção fundamentais para futuras estrelas, planetas e vida.

São eventos breves, mas antes que a SN 2023zkd desaparecesse, os pesquisadores conseguiram fazer observações de acompanhamento rápidas. Evidências sugerem que essa explosão particular foi resultado de uma estrela massiva tendo um encontro catastrófico com um companheiro buraco negro.

O companheiro ou engoliu parcialmente a estrela ou a despedaçou antes que ela pudesse explodir por conta própria.

Notavelmente, a IA usada pelos astrônomos para encontrar anomalias fugazes em tempo real, de forma regular e ‘sem depender da sorte’, também poderia ser usada para diagnósticos médicos, prevenção de fraudes financeiras e segurança nacional, demonstrando a versatilidade e as amplas capacidades do sistema.

Capturando Explosões Cósmicas em Seus Primeiros Momentos

A descoberta mais recente foi relatada este mês por uma colaboração de astronomia, que observou uma explosão de uma enorme estrela confinada em órbita com um buraco negro. Essa descoberta foi feita com a ajuda de um sistema de IA, que procura ativamente por estrelas imediatamente após elas explodirem.

O nome da explosão é SN 2023zkd, e foi detectada pela primeira vez há dois anos pelo Zwicky Transient Facility. Ela foi identificada através de um modelo de IA totalmente novo, que foi projetado para sinalizar qualquer explosão ou evento cósmico incomum em tempo real.

Ter um alerta precoce permitiu que a equipe de pesquisadores iniciasse observações de acompanhamento imediatamente, o que é um passo importante para capturar a explosão desde seus estágios iniciais, cobrir toda a sua história e encontrar suas origens.

Depois que a explosão terminou, ela foi observada por telescópios do espaço assim como da Terra. Neste caso, dois telescópios no observatório de pesquisa astronômica do Havaí (Haleakalāa) foram usados pelo Young Supernova Experiment (YSE) da UC Santa Cruz.

“Algo exatamente como esta supernova não foi visto antes, então pode ser muito rara.”

– Ryan Foley, Professor associado de astronomia e astrofísica na UC Santa Cruz

Embora os humanos também sejam bons em identificar coisas que ‘não são como as outras’, o algoritmo de IA, segundo ele, pode sinalizá-las muito antes de nós percebermos, e isso é crítico para observações sensíveis ao tempo.

A equipe de Foley realmente conduz o YSE, uma pesquisa de domínio temporal projetada para descobrir novas supernovas (SNe) e outros transientes cósmicos dentro de horas ou dias de sua explosão. Ela opera principalmente com telescópios Pan-STARRS que em breve irão mapear 1500 graus quadrados do céu a cada três dias. 

De acordo com o site oficial, o objetivo do YSE é encontrar amostras estatísticas de transientes jovens, vermelhos e raros. Também visa entender melhor a variabilidade de buracos negros.

Mapear cerca de 4% do céu noturno a cada três dias permitiu à equipe descobrir milhares de novas explosões cósmicas, com dezenas delas apenas dias ou horas após a explosão. 

Agora, eles descobriram algo interessante sobre a SN 2023zkd, que foi detalhado no estudo intitulado ‘Evidence for an Instability-induced Binary Merger in the Double-peaked, Helium-rich Type IIn Supernova 2023zkd.’² Publicado no Astrophysical Journal, o estudo é financiado pela NASA, National Science Foundation, Moore Foundation e Packard Foundation.

De acordo com os astrônomos por trás da descoberta mais recente, uma colisão entre a estrela massiva e o buraco negro era inevitável.

A estrela estava presa em uma órbita com o buraco negro, e à medida que a energia era perdida da órbita, eles se aproximaram. Sua separação continuou a diminuir enquanto a intensa gravidade do buraco negro puxava poeira e gás da estrela para um disco.

Isso continuou e, antes que a estrela pudesse devorar o denso buraco negro, o estresse gravitacional deste último fez a estrela explodir.

Quando a explosão colidiu com as camadas de material de interações anteriores, localizadas acima e abaixo do disco, ela alimentou um dramático evento de reiluminação.

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

“Nossa análise mostra que a explosão foi desencadeada por um encontro catastrófico com um companheiro buraco negro, e é a evidência mais forte até hoje de que tais interações próximas podem realmente detonar uma estrela.” 

Embora seja sabido que a maioria das estrelas massivas está em sistemas binários, Gagliano observou que \”capturar uma no ato de troca de massa pouco antes de explodir é incrivelmente raro\”.

Mas esta não é a única interpretação. A equipe realmente considerou múltiplos cenários de origem para a supernova.

O outro, segundo a equipe de cientistas, é que o buraco negro despedaçou completamente a estrela massiva antes que ela pudesse explodir por conta própria, através de um processo chamado “espaguetificação”. O buraco negro então puxou os destroços da estrela. Quando esses destroços colidiram com o gás ao seu redor, produziram a luz brilhante. Os dados não sugerem fortemente esse caso.

Em ambos os cenários, o buraco negro mais pesado é a única coisa que resta. Conforme o estudo, o precursor óptico de brilho e as características da explosão são mais consistentes com uma enorme estrela de hélio parcialmente despida passando por uma fusão induzida por instabilidade com um companheiro buraco negro.

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A Estranha Vida da Supernova SN 2023zkd

SN 2023zkd está localizada a aproximadamente 730 milhões de anos-luz da Terra. A princípio, parecia apenas uma supernova comum, um único brilho de luz que diminui lentamente ao longo do tempo. Mas não era assim.

À medida que os astrônomos continuaram a monitorar o declínio da SN 2023zkd ao longo de muitos meses, descobriram que a supernova brilhou novamente. Então, a equipe recorreu a dados de arquivo para obter insights sobre esse comportamento incomum, o que revelou outra característica única.

Observações de ultravioleta a infravermelho da extraordinária supernova mostraram emissão precursora persistente e luminosa que se estendeu por vários anos antes da descoberta, seguida por uma segunda fase de brilho lento em seu último ano.

Após a descoberta, a supernova apresentou dois picos de brilho comparáveis separados por 240 dias, ou cerca de oito meses.

Espectroscopicamente, exibiu perfis de Balmer e He I fortemente assimétricos e multicomponentes. Estas são linhas espectrais específicas de hidrogênio (H) e hélio (He) observadas em espectros estelares, usadas para determinar a idade e composição de populações estelares em galáxias e outros objetos cósmicos.

Portanto, antes mesmo da explosão acontecer, o sistema já estava aumentando lentamente em brilho por mais de quatro anos, ou cerca de 1.500 dias. E esse tipo de atividade prolongada antes da explosão raramente é visto em supernovas. 

A estrela basicamente experimentou duas grandes erupções antes de morrer. Uma análise detalhada também indicou que a luz da explosão foi resultado do material que a estrela havia perdido nos anos anteriores à sua morte. 

“2023zkd mostra alguns dos sinais mais claros que já vimos de uma estrela massiva interagindo com um companheiro nos anos antes da explosão,” disse a coautora do estudo, Ashley Villar, professora assistente de astronomia na Universidade de Harvard, Massachusetts. “Acreditamos que isso pode fazer parte de toda uma classe de explosões ocultas que a IA nos ajudará a descobrir.”

Portanto, o brilho que ocorreu antes da explosão foi resultado da onda de choque da supernova colidindo com gás de baixa densidade. Outro pico, meses depois, foi resultado de um impacto lento e sustentado com a nuvem densa em forma de disco.

Essa estrutura particular, juntamente com o comportamento pré-explosão, indica que a estrela moribunda estava sob extremo estresse gravitacional, possivelmente de um companheiro compacto próximo, como um buraco negro. Após muita discussão, a equipe chegou à explicação de que era um sistema binário com um buraco negro.

Para garantir que as observações estejam alinhadas com sua explicação, a equipe construiu o sistema e demonstrou metodicamente isso.

A equipe “construiu a plataforma de software que usamos para consolidar dados e gerenciar observações. As ferramentas de IA usadas neste estudo estão integradas a esse ecossistema de software,” disse Foley.

Embora o estudo mais recente mostre a importância da IA em detectar eventos cósmicos raros em tempo real, os astrônomos também apontam para instalações como o Observatório Vera C. Rubin e o papel significativo que podem desempenhar na próxima década.

Anteriormente conhecido como Large Synoptic Survey Telescope (LSST), o observatório está localizado nas montanhas dos Andes chilenas e está equipado com um telescópio de 8,4 metros e a maior câmera digital para documentar todo o céu do sul a cada poucas noites. Seu objetivo é entender a natureza da matéria escura, criar um inventário de objetos como asteroides e cometas no Sistema Solar, explorar buracos negros e estrelas explosivas, e mapear a Via Láctea.

Com o próximo Legacy Survey for Space and Time do Observatório Rubin, esperado para descobrir ∼10⁵ por ano, o estudo observou que as amostras fotométricas de SNe IIn aumentarão drasticamente este ano. O estudo afirmou:

“Algoritmos projetados para sinalizar esses transientes de longa duração e reiluminação desempenharão um papel crítico na caracterização de toda a amplitude de eventos fortemente interativos.”

Observações do Observatório Rubin, combinadas com a detecção de IA em tempo real, permitirão que os astrônomos descubram e estudem eventos mais raros e complexos, ajudando-nos a entender melhor como estrelas massivas vivem e morrem em sistemas binários.

“Estamos entrando agora em uma era onde podemos capturar automaticamente esses eventos raros à medida que acontecem, não apenas depois. Isso significa que finalmente podemos começar a conectar os pontos entre como uma estrela vive e como morre, e isso é incrivelmente empolgante.”

– Gagliano

Enquanto isso, Foley observou que, embora prever o caminho da IA seja difícil, ela ainda é avançada e tem muitos usos que vão além da astronomia. Ele disse:

“É fácil imaginar técnicas semelhantes sendo usadas para rastrear doenças, focar a atenção em ataques terroristas, tratar problemas de saúde mental precocemente e detectar fraudes financeiras. Em qualquer lugar onde a detecção em tempo real de anomalias seja útil, essas técnicas provavelmente desempenharão um papel no futuro.”

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Investindo em Tecnologia Espacial

Embora várias empresas públicas estejam estrategicamente posicionadas no campo da tecnologia de exploração espacial com IA, Northrop Grumman (NOC ) destaca-se como um importante contratante para missões espaciais.

Isso inclui o maior e mais complexo telescópio espacial já construído. O Telescópio Espacial James Webb da NASA foi construído em parceria com a Northrop Grumman, que liderou o design, desenvolvimento e integração de sistemas do observatório. Em 2022, o telescópio revelou sua primeira imagem.

Northrop Grumman (NOC )

A empresa também tem ampliado seu uso de IA no espaço para melhorar as operações das espaçonaves. Ao desenvolver tecnologia de robótica de IA, pretende possibilitar operações em ambientes altamente complexos, incluindo missões espaciais futuras. IA agente também está planejada para aplicação em todas as fases das operações de espaçonaves.

Em geral, a empresa global de tecnologia aeroespacial e de defesa opera através de alguns segmentos principais: Sistemas Espaciais, Sistemas de Missão, Sistemas de Defesa e Sistemas Aeronáuticos.

Tem um valor de mercado de $84.8 bln com ações NOC, ao momento da escrita, sendo negociadas a $592.44, alta de 26.24% no ano (YTD). Possui um EPS (TTM) de 25.36 e um P/E (TTM) de 23.36. Os acionistas da Northrop Grumman desfrutam de um rendimento de dividendos de 1.56%.

Quanto às finanças, no segundo trimestre de 2025, a empresa reportou vendas de $10.4 billion. O lucro líquido do período foi de $1.2 billion, ou $8.15 por ação diluída. 

Sua receita operacional foi de $335 million, o caixa líquido das atividades operacionais foi de $557 million, e o fluxo de caixa livre foi de $468 million. Os prêmios líquidos no trimestre totalizaram $7.4 billion, enquanto o backlog total foi de $89.7 billion. 

“Estamos trabalhando com nossos clientes para acelerar a entrega de capacidades que possibilitem sua visão de paz através da força. Continuamos a ver demanda crescente globalmente por nossa ampla gama de ofertas de produtos.”

– CEO Kathy Warden

A empresa também devolveu mais de $700 million aos acionistas por meio de recompras de ações e dividendos.

O Papel da IA na Astronomia e Além

A IA está transformando indústrias, incluindo a astronomia, onde se tornou uma ferramenta crítica para permitir que cientistas capturem eventos cósmicos raros e fugazes como a SN 2023zkd em tempo real, algo quase impossível há poucos anos.

À medida que ferramentas de IA se combinam com vastas pesquisas do céu e observatórios como o Rubin, abrem a porta para muitas mais descobertas, e o fato de que essas mesmas técnicas podem ser aplicadas à medicina, finanças, segurança nacional e além destaca seu enorme potencial de cruzamento, sinalizando uma nova era de inovação.

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Referências:

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, published 21 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. Evidence for an instability-induced binary merger in the double-peaked, helium-rich Type IIn supernova 2023zkd. The Astrophysical Journal, 989, 182, published 13 agosto de 2025. https://doi.org/10.3847/1538-4357/adea38