Науковці, використовуючи штучний інтелект (ШІ), який діє за принципом, подібним до алгоритмів Spotify, можливо, виявили раніше небачений тип наднової. Ця інноваційна система сканувала небо на наявність незвичних явищ і віднайшла ознаки того, що могло бути вибухом величезної зорі саме в той момент, коли вона намагалася поглинути сусідню чорну діру.
Цей зоряний вибух, названий SN 2023zkd, було зафіксовано в липні 2023 року за допомогою Zwicky Transient Facility — астрономічного огляду всього неба, що базується в обсерваторії Паломар у Каліфорнії. Проте Zwicky виявила вибух не випадково. Натомість її спрямував до потрібного місця спеціальний алгоритм, оптимізований для виявлення дивної активності в нічному небі.
Раннє виявлення ознак наднової має виняткове значення для розуміння того, як ці вибухи зароджуються, розвиваються і згасають. Співавтори дослідження Алекс Гальяно, постдокторант Інституту ШІ та фундаментальних взаємодій, та Ешлі Віллар, дослідниця наднових і доцентка Гарвард-Смітсонівського центру астрофізики, розповіли Live Science, що ШІ виявив незвичайні спалахи за місяці до самого вибуху. Це оперативне сповіщення дозволило низці великих обсерваторій долучитися до спостережень і отримати дані у широкому спектрі довжин хвиль.
Хоча існує кілька гіпотез щодо того, що саме побачили телескопи, науковці, що стоять за новим дослідженням, стверджують, що вибух, найімовірніше, стався з величезної зорі, яка оберталася навколо чорної діри. У міру того, як ці два об’єкти взаємодіяли, гравітаційно притягуючи один одного, відстань між ними зменшувалася. Зрештою, зоря спробувала поглинути чорну діру і вибухнула під дією гравітаційного тиску. Альтернативна гіпотеза полягає в тому, що чорна діра розірвала зорю через процес, відомий як “спагеттифікація”, що спричинило вибух. Проте, за словами Гальяно, наявні дані менш переконливо підтверджують цей сценарій.
Вивчаючи хімічний склад цієї масивної зорі, команда також з’ясувала, що вона не втратила всієї своєї зовнішньої речовини перед вибухом. “Це свідчить про те, що бінарна взаємодія є значно складнішою, ніж вважали астрономи”, – зазначив Гальяно. “Майбутні події покажуть нам, як вибухи масивних зірок формуються взаємодією супутників, що наразі дуже важко змоделювати”. Гальяно застерігає, що поки ніхто не бачив достатньо таких вибухів, щоб повністю передбачити, як величезна зоря та чорна діра можуть взаємодіяти. Проте, дані “дуже важко пояснити без бінарної системи”, що означає високу ймовірність участі чорної діри та зорі.
Допомога ШІ у відкритті
Штучний інтелект, використаний у цьому відкритті, називається Lightcurve Anomaly Identification and Similarity Search (LAISS) – Ідентифікація аномалій кривих блиску та пошук подібності. Цей астрономічний ШІ розроблений на основі алгоритму Spotify. LAISS рекомендує астрономічні спостереження так само, як користувачам Spotify пропонують пісні, які їм можуть сподобатися.
Останній вибух привернув увагу LAISS завдяки властивостям світла від бінарної системи та її розташуванню за 730 мільйонів світлових років від Землі. Особливості SN 2023zkd “порівнювалися з великим еталонним набором даних відомих об’єктів для виявлення статистичних відхилень”, – пояснив Гальяно. “Аномальні сигнали можуть вказувати на рідкісні або раніше не бачені явища”.
Після того, як LAISS знаходить щось цікаве, бот у Slack – службі обміну миттєвими повідомленнями – позначає ймовірні події та публікує їх у спеціальному каналі, дозволяючи членам команди перевіряти висновки в режимі реального часу. “Ця упорядкована система дозволяє астрономам швидко спрямовувати увагу на найперспективніші та найнезвичайніші відкриття”, – сказав Гальяно.
Після вибуху світлова картина SN 2023zkd стала дуже дивною. Спочатку вона яскраво спалахнула, як типова наднова, а потім згасла. Проте астрономи справді звернули увагу, коли вона знову почала яскравішати. Архівні дані виявили ще дивнішу поведінку: зоря, яка тривалий час мала стабільну яскравість, поступово яскравішала протягом чотирьох років перед вибухом. Астрономи вважають, що світло походить від надмірної речовини, яку зоря скидала. Спочатку вона яскравішала, коли ударна хвиля від наднової врізалася в газ нижчої щільності в регіоні. Ще один пік яскравості стався пізніше, коли ударна хвиля продовжила свій рух у хмару пилу. Щодо присутності чорної діри, астрономи вивели її існування як зі структури газу та пилу, так і з дивного зоряного спалахування за роки до вибуху.
LAISS допоміг астрономам побачити всі ці додаткові деталі. “Якби ми чекали, поки людина позначить SN 2023zkd, ми б пропустили ранні ознаки навколишнього диска та існування супутника — чорної діри. Системи ШІ, такі як LAISS, допомагають нам регулярно знаходити рідкісні вибухи, не покладаючись на удачу, і достатньо рано, щоб розкрити їхнє походження”, – підсумував Гальяно.
Результати дослідження були опубліковані в середу, 13 серпня, у науковому журналі The Astrophysical Journal.
Довідкова інформація
Що таке наднова?
Наднова – це катастрофічний вибух зорі, який тимчасово робить її надзвичайно яскравою, так що вона може затьмарити цілі галактики, а потім повільно згасає протягом декількох тижнів або місяців. Цей процес є одним із найпотужніших вибухів у Всесвіті. Існують різні типи наднових, що виникають з різних причин, наприклад, колапс масивної зорі під власною гравітацією або вибух білого карлика, який накопичив занадто багато речовини від зорі-супутника.
Що таке штучний інтелект (ШІ)?
Штучний інтелект (ШІ) – це широкий розділ інформатики, що займається створенням машин, які можуть виконувати завдання, що зазвичай вимагають людського інтелекту. Це може включати навчання, розпізнавання образів, вирішення проблем, розуміння мови та прийняття рішень. У випадку LAISS, ШІ використовується для аналізу величезних обсягів астрономічних даних і виявлення аномалій, які можуть вказувати на рідкісні або невідомі космічні події.
Алгоритм Spotify
Spotify – це популярний сервіс для потокового відтворення музики. Його алгоритми рекомендацій аналізують історію прослуховування користувача, його вподобання, а також дії інших користувачів зі схожими смаками, щоб пропонувати нові пісні, альбоми та виконавців, які можуть сподобатися. У контексті LAISS, цей принцип застосовується для ідентифікації незвичайних астрономічних подій, які “відхиляються” від звичних закономірностей, подібно до того, як музичний алгоритм виявляє музику, яка відрізняється від звичайних смаків, але все ж може бути цікавою.
Zwicky Transient Facility (ZTF)
Zwicky Transient Facility (ZTF) – це ширококутний астрономічний огляд неба, що працює в обсерваторії Паломар. Його основна мета – пошук транзієнтних (тимчасових) явищ, таких як наднові зорі, астероїди, комети та інші об’єкти, які змінюють свою яскравість або положення на небі. ZTF швидко сканує великі ділянки неба, що дозволяє вчасно виявляти та відстежувати подібні події.
Паломарська обсерваторія
Паломарська обсерваторія розташована в окрузі Сан-Дієго, Каліфорнія, США. Вона належить і керується Каліфорнійським технологічним інститутом (Caltech). Обсерваторія є домом для кількох телескопів, включаючи 200-дюймовий (5,1 м) телескоп Гейла, який свого часу був найбільшим у світі. Паломарська обсерваторія зробила значний внесок в астрономію, особливо у вивчення галактик, квазарів та інших віддалених космічних об’єктів.
Світловий рік
Світловий рік – це одиниця відстані, яка використовується в астрономії. Вона визначається як відстань, яку світло долає у вакуумі за один юліанський рік (365,25 дня). Оскільки швидкість світла становить приблизно 300 000 кілометрів на секунду, один світловий рік дорівнює приблизно 9,46 трильйонам кілометрів (9,46 × 10¹² км). Це дає уявлення про величезні масштаби космічних відстаней.
Чорна діра
Чорна діра – це область простору-часу, де гравітація настільки сильна, що ніщо, навіть світло, не може її покинути. Чорні діри утворюються, як правило, в результаті колапсу дуже масивних зір наприкінці їхнього життєвого циклу. Вони невидимі для прямого спостереження, але їхню присутність можна виявити за їхнім впливом на навколишню матерію, наприклад, через поглинання зір або випромінювання рентгенівських променів.
Спагеттифікація
Спагеттифікація – це астрофізичний термін, що описує екстремальне витягування об’єктів (наприклад, зорі), що відбувається під дією сильних і неоднорідних гравітаційних полів, таких як ті, що існують поблизу чорних дір. Гравітаційна сила ближнього боку об’єкта до чорної діри значно сильніша, ніж сила на дальньому боці, що призводить до його розтягування та стискання, подібно до спагеті.
Алекс Гальяно та Ешлі Віллар
**Алекс Гальяно** – постдокторант Інституту Штучного Інтелекту та Фундаментальних Взаємодій (Institute For AI and Fundamental Interactions), дослідницького центру, який об’єднує експертів у галузі ШІ та фізики для вирішення фундаментальних наукових проблем.
**Ешлі Віллар** – дослідниця наднових і доцентка Гарвард-Смітсонівського центру астрофізики (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics), одного з найбільших і найважливіших астрономічних науково-дослідних центрів у світі. Обидва є провідними фахівцями у своїх галузях і активно працюють над розкриттям таємниць космічних явищ.
The Astrophysical Journal
The Astrophysical Journal – це один із провідних рецензованих наукових журналів у галузі астрономії та астрофізики. Він видається Інститутом фізики (IOP Publishing) від імені Американського астрономічного товариства. Журнал публікує оригінальні дослідження з усіх галузей астрофізики, включаючи теоретичні, обсерваційні та експериментальні роботи.
Slack
Slack – це платформа для спілкування та співпраці команд, яка надає інструменти для обміну повідомленнями, файлами та інтеграції з іншими сервісами. В контексті наукових досліджень, Slack може використовуватися для швидкого обміну інформацією між дослідниками, автоматичних сповіщень від систем моніторингу (наприклад, від ШІ LAISS) та координації дій команди в режимі реального часу.
