AI upptäcker sällsynt supernova SN 2023zkd i realtid

En sällsynt supernova med namnet SN 2023zkd har upptäckts av astronomer med hjälp av artificiell intelligens (AI).

AI är nu i stor omfattning används över branscher såsom finans, sjukvård, tillverkning, cybersäkerhet, katastrofhantering och kundservice. Det omvandlar världen genom att automatisera repetitiva uppgifter, arbeta kontinuerligt utan trötthet, bearbeta och analysera enorma mängder komplex data, minimera fel och förbättra beslutsfattande.

Tekniken, som avser maskiners förmåga att utföra uppgifter som vanligtvis är relaterade till mänsklig intelligens, hjälper också oss att upptäcka nya objekt på himlen och fördjupa vår förståelse av universum.

Till exempel, för ett par månader sedan hjälpte AI ett internationellt team av astronomer att lösa universums mysterier genom att analysera data om svarta hål. Med mer än 12 miljoner simuleringar fann forskarna att det centrala svarta hålet i Vintergatan roterar nästan med sin maximala hastighet.

För att uppnå detta använde teamet syntetiska simuleringar för att träna nätverket, vilket möjliggjorde upptäckten av nya kosmiska insikter om svarta hål.

Nätverket tränades för att avslöja information från data bakom bilderna av det svarta hålet Sagittarius A* som presenterades av Event Horizon Telescope (EHT)-samarbetet 2022.

Medan tidigare studier använde endast en liten mängd realistisk syntetisk data, den senaste studien matade in miljontals filer i ett Bayesiskt neuralt nätverk, möjliggjort av de högkapacitetsberäkningsmöjligheter som CHTC erbjuder, för att göra en mer exakt jämförelse mellan EHT-data och modellerna.

Det neurala nätverket föreslog att det svarta hålet roterar nästan med maximal hastighet, och den närliggande emissionen orsakas inte av en jet utan av extremt heta elektroner i den omgivande ackretionsskivan. Dessutom verkar de magnetiska fälten i skivan bete sig annorlunda än vad som tidigare misstänkts.

Enligt huvudforskare Michael Janssen vid Radboud University Nijmegen:

“Att vi trotsar den rådande teorin är naturligtvis spännande. Men jag ser vårt AI- och maskininlärningsförhållningssätt främst som ett första steg. Nästa steg är att förbättra och utöka de associerade modellerna och simuleringarna.”

En annan studie från förra året använde AI för att bestämma fem kosmologiska parametrar eller de ursprungliga “inställningarna för universum”¹ med precision. Dessa parametrar, extraherade från en dataset (SDSS) som innehåller information om mer än 100 000 galaxer, bestämmer hur universum fungerar på de största skalorna.

För att extrahera värdefull information från datasetet måste teamet först träna AI på vad den ska leta efter, och för det skapade de 2 000 simulerade universum, var och en med olika kosmologiska inställningar och verkliga utmaningar som upplevs i galaxundersökningar.

Sedan matades den med verkliga data från SDSS Baryon Oscillation Spectroscopic Survey, vilket gav imponerande resultat som gör det möjligt för astronomer att göra mer med mindre data och driva gränserna för astronomi.

Nu, i den senaste upptäckten, använde forskarna ett nytt AI-system kallat Lightcurve Anomaly Identification and Similarity Search (LAISS), som är baserat på Spotifys algoritm.

Skapat av det globala forskningsuniversitetet UC Santa Cruz jämför systemet egenskaperna hos supernova SN 2023zkd mot en dataset av kända objekt för att upptäcka eventuella avvikelser, vilket kan indikera ett sällsynt fenomen. När AI hittar något som är värt att undersöka skickar det kandidater till forskare för analys i realtid.

Med det AI-systemet kunde astronomerna identifiera supernovan inom timmar efter dess explosion. En supernova är en extremt kraftfull och ljus explosion av en stjärna, som är bland de mest lysande händelserna i universum och kan tillfälligt överskugga hela galaxer.

Supernovor är en väsentlig del av kosmos, eftersom de skapar och sprider tunga element, som är de grundläggande byggstenarna för framtida stjärnor, planeter och liv.

Detta är kortvariga händelser, men innan SN 2023zkd bleknade kunde forskarna göra snabba uppföljningsobservationer. Bevis tyder på att just denna explosion var resultatet av att en massiv stjärna hade ett katastrofalt möte med en svart hål-kompanjon.

Kompanjonen antingen svalde stjärnan delvis eller slet sönder den innan den kunde explodera på egen hand.

Det är anmärkningsvärt att AI:n som astronomerna använde för att hitta flyktiga avvikelser i realtid, regelbundet och ‘utan att förlita sig på tur’, även kan användas för medicinsk diagnostik, förebyggande av finansiell bedrägeri och nationell säkerhet, vilket visar systemets mångsidighet och breda kapacitet.

Fånga kosmiska explosioner i deras tidigaste ögonblick

Den senaste upptäckten rapporterades den här månaden av ett astronomiskt samarbete, som noterade en explosion av en enorm stjärna som var bunden i en bana med ett svart hål. Denna upptäckt gjordes med hjälp av ett AI-system som aktivt letar efter stjärnor omedelbart efter att de har exploderat.

Explosionens namn är SN 2023zkd, och den upptäcktes först för två år sedan av Zwicky Transient Facility. Den identifierades genom en helt ny AI-modell som designades för att flagga alla ovanliga explosioner eller kosmiska händelser i realtid.

Att ha en tidig varning gjorde det möjligt för forskarteamet att omedelbart påbörja uppföljningsobservationer, vilket är ett viktigt steg för att fånga explosionen från dess tidigaste skeden, täcka hela dess berättelse och hitta dess ursprung.

När explosionen var över observerades den av teleskop från rymden såväl som på marken. I detta fall användes två teleskop vid Hawaiis astronomiska forskningsobservatorium (Haleakalāa) av det UC Santa Cruz-baserade Young Supernova Experiment (YSE).

“Något exakt som denna supernova har inte setts tidigare, så den kan vara mycket sällsynt.”

– Ryan Foley, docent i astronomi och astrofysik vid UC Santa Cruz

Medan människor också är bra på att upptäcka saker som ‘inte är som de andra’, kan AI-algoritmen, påpekade han, flagga dem mycket tidigare än vi kanske märker, och det är kritiskt för tidskänsliga observationer.

Foleys team driver faktiskt YSE, en tidsdomänsundersökning som är utformad för att upptäcka nya supernovor (SNe) och andra kosmiska transienta händelser inom timmar eller dagar efter deras explosion. Den använder främst Pan-STARRS-teleskop som snart kommer att kartlägga 1500 kvadratgrader av himlen var tredje dag.

Enligt den officiella webbplatsen är YSE:s mål att hitta statistiska prover av unga, röda och sällsynta transienta händelser. Det syftar också till att bättre förstå svarta håls variabilitet.

Genom att kartlägga cirka 4 % av natthimlen var tredje dag har teamet kunnat upptäcka tusentals nya kosmiska explosioner, med dussintals av dem bara dagar eller timmar efter explosionen.

Nu har de upptäckt något intressant om SN 2023zkd, som detaljerades i studien med titeln ‘Bevis för en instabilitetsinducerad binärsammanfogning i den dubbeltoppade, heliumrika typ IIn-supernovan 2023zkd.’² Publicerad i Astrophysical Journal, studien finansieras av NASA, National Science Foundation, Moore Foundation och Packard Foundation.

Enligt astronomerna bakom den senaste upptäckten var en kollision mellan den massiva stjärnan och det svarta hålet oundviklig.

Stjärnan var låst i en bana med det svarta hålet, och när energin förlorades från banan kom de närmare varandra. Deras avstånd fortsatte att minska medan det svarta hålets intensiva gravitation drog damm och gas från stjärnan in i en skiva.

Detta fortsatte, och innan stjärnan kunde sluka det täta svarta hålet, orsakade det senare gravitationsstress att stjärnan exploderade.

När explosionen kolliderade med materialskalen från tidigare interaktioner, belägna ovanför och under skivan, drev den en dramatisk återupplysning.

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

“Vår analys visar att explosionen utlöstes av ett katastrofalt möte med en svart hål-kompanjon, och är det starkaste beviset hittills på att sådana nära interaktioner faktiskt kan detonera en stjärna.”

Medan det har varit känt att de flesta massiva stjärnor är i binära system, noterade Gagliano att “att fånga en i färd med att utbyta massa strax före den exploderar är otroligt sällsynt.”

Men detta är inte den enda tolkningen. Teamet övervägde faktiskt flera ursprungsscenarier för supernovan.

Det andra, enligt forskarteamet, är att det svarta hålet helt slet sönder den massiva stjärnan innan den kunde explodera på egen hand, genom en process som kallas “spagettifiering”. Det svarta hålet drog sedan in stjärnans skräp. När detta skräp krockade med den omgivande gasen producerade det det starka ljuset. Data indikerar inte starkt att detta är fallet.

I båda scenarierna är det tyngre svarta hålet det enda som återstår. Enligt studien är den ljusa optiska föregångaren och explosionens egenskaper mest förenliga med en enorm och delvis avskalad heliumstjärna som genomgår en instabilitetsinducerad sammanslagning med en svart hål-kompanjon.

Klicka här för att lära dig allt om James Webb Space Telescope.

Det märkliga livet för supernova SN 2023zkd

SN 2023zkd ligger ungefär 730 miljoner ljusår från vår planet Jorden. Till en början såg den ut som vilken supernova som helst, en enstaka ljusblinkning som sakta bleknar över tid. Men så var det inte.

När astronomerna fortsatte att övervaka nedgången av SN 2023zkd under många månader, fann de att supernovan återigen blev ljusare. Så vände sig teamet till att studera arkivdata för att få insikt i detta ovanliga beteende, vilket avslöjade en annan unik egenskap.

Ultraviolett till infraröda observationer av den extraordinära supernovan visade bestående och lysande föregångaremission som sträckte sig över flera år före upptäckten, följt av en andra fas av långsam upplysning under dess avslutande år.

Efter upptäckten visade supernovan två jämförbara ljusstyrkepass som var separerade med 240 dagar, eller cirka åtta månader.

Spektroskopiskt visade den starkt asymmetriska, multikomponent Balmer- och He I-profiler. Dessa är specifika spektrallinjer för väte (H) och helium (He) som observeras i stjärnspektra, och används för att bestämma ålder och sammansättning av stjärnpopulationer i galaxer och andra kosmiska objekt.

Alltså, innan själva explosionen inträffade, steg systemet redan långsamt i ljusstyrka i över fyra år, eller cirka 1 500 dagar. Sådan utdragen aktivitet före explosionen ses sällan i supernovor.

Stjärnan upplevde i princip två stora utbrott innan den dog. En detaljerad analys indikerade också att explosionsljuset var resultatet av materialet som stjärnan hade kastat bort under åren före sin död.

“2023zkd visar några av de tydligaste tecknen vi har sett på en massiv stjärna som interagerar med en kompanjon under åren före explosionen,” sade studiens medförfattare Ashley Villar, som är biträdande professor i astronomi vid Harvard University i Massachusetts. “Vi tror att detta kan vara en del av en hel klass av dolda explosioner som AI kommer att hjälpa oss att upptäcka.”

Så, den ljusökning som inträffade före explosionen var resultatet av supernovans chockvåg som slog in i låg-densitetsgas. Ett annat topp, månader senare, var resultatet av en långsam och ihållande kollision med den täta, skivliknande molnet.

Denna specifika struktur, tillsammans med för-explosionens beteende, pekar på att den döende stjärnan var under extrem gravitationsstress, möjligen från en närliggande kompakt kompanjon som ett svart hål. Efter mycket diskussion kom teamet fram till förklaringen att det var ett binärt system med ett svart hål.

För att säkerställa att observationerna stämmer överens med deras förklaring byggde teamet systemet och demonstrerade metodiskt att det var så.

Teamet “byggde den mjukvaruplattform som vi använder för att konsolidera data och hantera observationer. AI-verktygen som användes i denna studie är integrerade i detta mjukvaruekosystem,” sade Foley.

Medan den senaste studien visar vikten av AI för att upptäcka sällsynta kosmiska händelser i realtid, pekar astronomerna också på anläggningar som Vera C. Rubin Observatory och den betydande roll de kan spela under nästa decennium.

Tidigare känd som Large Synoptic Survey Telescope (LSST) ligger observatoriet i de chilenska Anderna och är utrustat med ett 8,4‑meters teleskop och den största digitala kameran för att dokumentera hela den södra himlen varannan natt. Dess mål är att förstå mörk materia, skapa ett register över objekt som asteroider och kometer i solsystemet, utforska svarta hål och exploderande stjärnor samt kartlägga Vintergatan.

Med den kommande Legacy Survey for Space and Time från Rubin Observatory förväntas upptäcka ∼10⁵ per år, noterade studien att de fotometriska (som handlar om att mäta intensiteten eller flödet av ljus som strålar från astronomiska objekt) proverna av SNe IIn kommer att öka dramatiskt i år. Studien konstaterade:

“Algoritmer designade för att flagga dessa långlivade och återupplysande transienta händelser kommer att spela en kritisk roll i att karakterisera hela bredden av starkt interagerande händelser.”

Observationer från Rubin Observatory, kombinerat med realtids-AI-detektion, kommer att möjliggöra för astronomer att upptäcka och studera sällsyntare, komplexa händelser, vilket hjälper oss att bättre förstå hur massiva stjärnor lever och dör i binära system.

“Vi går nu in i en era där vi automatiskt kan fånga dessa sällsynta händelser när de inträffar, inte bara i efterhand. Det betyder att vi äntligen kan börja koppla ihop hur en stjärna lever och hur den dör, och det är otroligt spännande.”

– Gagliano

Under tiden noterade Foley att även om det är svårt att förutsäga AI:s utveckling, är den fortfarande avancerad och har många användningsområden som går bortom astronomi. Han sade:

“Du kan lätt föreställa dig att liknande tekniker används för att screena för sjukdomar, fokusera på terroristattacker, behandla psykisk ohälsa tidigt och upptäcka finansiell bedrägeri. Där realtidsdetektering av avvikelser kan vara användbart, kommer dessa tekniker sannolikt så småningom att spela en roll.”

Swipe to scroll →

Investera i rymdteknik

Medan flera börsnoterade företag är strategiskt placerade inom AI-rymdforsknings teknologi, Northrop Grumman (NOC ) utmärker sig som en nyckelentreprenör för rymduppdrag.

Detta inkluderar det största och mest komplexa rymdteleskopet som någonsin byggts. NASA:s James Webb Space Telescope byggdes i samarbete med Northrop Grumman, som ledde design, utveckling och systemintegration av observatoriet. År 2022 avslöjade teleskopet sin första bild.

Northrop Grumman (NOC )

Företaget har också utökat sin användning av AI i rymden för att förbättra rymdfarkosters drift. Genom att utveckla AI-robotikteknik syftar det till att möjliggöra operationer i mycket komplexa miljöer, inklusive framtida rymduppdrag. Agentisk AI planeras dessutom att tillämpas i alla faser av rymdfarkosters drift.

Generellt opererar det globala rymd- och försvarsteknologiföretaget genom några nyckelsegment: Space Systems, Mission Systems, Defense Systems och Aeronautics Systems.

Det har ett marknadsvärde på 84,8 miljarder dollar med NOC-aktier, och vid skrivandet handlas de till 592,44 dollar, upp 26,24 % år till datum (YTD). Det har en EPS (TTM) på 25,36 och ett P/E (TTM) på 23,36. Northrop Grumman-aktieägare får en utdelningsavkastning på 1,56 %.

När det gäller dess finanser rapporterade företaget för Q2 2025 försäljning på 10,4 miljarder dollar. Nettoresultatet för perioden uppgick till 1,2 miljarder dollar, eller 8,15 dollar per utspädd aktie.

Dess rörelseintäkt var 335 miljoner dollar, nettokassa från rörelseaktiviteter var 557 miljoner dollar och fritt kassaflöde var 468 miljoner dollar. Nettoutmärkelser under kvartalet uppgick till 7,4 miljarder dollar, medan total backlog var 89,7 miljarder dollar.

“Vi arbetar med våra kunder för att påskynda leveransen av kapacitet för att möjliggöra deras vision om fred genom styrka. Vi fortsätter att se en växande efterfrågan globalt på vårt breda sortiment av produkter.”

– VD Kathy Warden

Företaget återbetalade också över 700 miljoner dollar till aktieägarna genom återköp av aktier och utdelningar.

AI:s roll inom astronomi och bortom

AI omvandlar industrier, inklusive astronomi, där den har blivit ett kritiskt verktyg för att möjliggöra för forskare att fånga sällsynta och flyktiga kosmiska händelser som SN 2023zkd i realtid, något som var nästan omöjligt för bara några år sedan.

När AI-verktyg kombineras med massiva himlaskanningar och observatorier som Rubin öppnas dörren till många fler upptäckter, och det faktum att samma tekniker också kan tillämpas på medicin, finans, nationell säkerhet och mer visar deras enorma korsningspotential, vilket signalerar en ny innovationsera.

Klicka här för att lära dig allt om att investera i artificiell intelligens.

Referenser:

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, publicerad 21 augusti 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. Bevis för en instabilitetsinducerad binärsammanfogning i den dubbeltoppade, heliumrika typ IIn-supernovan 2023zkd. The Astrophysical Journal, 989, 182, publicerad 13 augusti 2025. https://doi.org/10.3847/1538-4357/adea38