KI entdeckt neue Supernova: Stern-Schwarzes Loch-Kollision

Eine bahnbrechende astronomische Entdeckung, ermöglicht durch ein System künstlicher Intelligenz, das einem Musikempfehlungssystem ähnelt, hat möglicherweise eine völlig neue Klasse von Supernovae enthüllt. Diese Himmelsexplosion, die im Juli 2023 beobachtet und als SN 2023zkd bezeichnet wurde, scheint das dramatische Ende eines kolossalen Sterns zu sein, der möglicherweise versucht hat, ein nahegelegenes Schwarzes Loch zu verschlingen.

Die Supernova wurde ursprünglich vom Zwicky Transient Facility entdeckt, einer umfassenden Himmelsdurchmusterung, die vom Palomar-Observatorium in Kalifornien aus betrieben wird. Entscheidend ist, dass diese Entdeckung nicht zufällig war. Die Zwicky-Anlage wurde von einem fortschrittlichen Algorithmus namens Lightcurve Anomaly Identification and Similarity Search (LAISS) gezielt auf das Ereignis gelenkt. Diese KI, die bemerkenswerterweise nach denselben Prinzipien wie das Musikempfehlungssystem von Spotify modelliert ist, zeichnet sich dadurch aus, dass sie riesige Mengen astronomischer Daten durchsiebt, um ungewöhnliche Aktivitäten am Nachthimmel zu lokalisieren, ähnlich wie Spotify neue Songs basierend auf den Hörgewohnheiten eines Benutzers vorschlägt.

Die frühzeitige Erkennung von Supernovae ist für Wissenschaftler, die deren gesamten Lebenszyklus – von ihrer explosiven Entstehung bis zu ihrem eventuellen Verblassen – verstehen wollen, von größter Bedeutung. In diesem Fall markierte LAISS Monate vor der eigentlichen Explosion ungewöhnliche Helligkeitszunahmen in der Lichtsignatur des Sterns, so die Co-Hauptautoren der Studie Alex Gagliano, Postdoktorand am Institute For AI and Fundamental Interactions, und Ashley Villar, Supernova-Forscherin und Assistenzprofessorin am Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. Diese rechtzeitige Warnung ermöglichte es einem Netzwerk großer Observatorien, ihre Instrumente auf das entstehende Ereignis auszurichten und so ein reichhaltiges Spektrum an Daten über ein breites Spektrum von Lichtwellenlängen zu erfassen.

Astronomen haben mehrere Theorien für das Geschehene vorgeschlagen, aber die überzeugendsten Beweise deuten darauf hin, dass SN 2023zkd aus einem massiven Stern resultierte, der ein Schwarzes Loch in etwa 730 Millionen Lichtjahren Entfernung von der Erde umkreiste. Als diese beiden Himmelskörper immer näher spiralförmig aufeinander zukamen, war der Stern immensen Gravitationskräften ausgesetzt. Die vorherrschende Hypothese besagt, dass der Stern unter diesem extremen Stress effektiv versuchte, das Schwarze Loch zu absorbieren, was zu seiner katastrophalen Explosion führte. Obwohl eine andere Möglichkeit, bekannt als „Spaghettifizierung“ – bei der die immense Gravitation des Schwarzen Lochs den Stern auseinanderreißt –, in Betracht gezogen wurde, unterstützen die gesammelten Daten dieses Szenario nicht so stark.

Weitere Analysen der chemischen Zusammensetzung des massiven Sterns ergaben, dass er vor seinem Untergang nicht alle seine äußeren Schichten abgestoßen hatte. Dieser Befund deutet auf ein komplexeres und „unordentlicheres“ Zusammenspiel in Doppelsternsystemen hin, als bisher angenommen, wie Gagliano feststellte. Das Verständnis, wie Begleiterinteraktionen die Explosionen massiver Sterne beeinflussen, bleibt eine große Herausforderung für aktuelle astronomische Modelle. Obwohl Gagliano die Seltenheit solcher beobachteten Ereignisse anerkannte, betonte er, dass die Daten stark auf die Beteiligung eines Doppelsternsystems hindeuten, was eine Stern-Schwarzes Loch-Interaktion sehr wahrscheinlich macht.

Die Stärke von LAISS liegt in seiner Fähigkeit, statistische Ausreißer zu identifizieren, indem es die Lichteigenschaften von Himmelsobjekten mit einer umfangreichen Referenzdatenbank bekannter Phänomene vergleicht. Wenn LAISS einen vielversprechenden Kandidaten identifiziert, alarmiert ein automatischer Bot Astronomen über einen speziellen Nachrichtenkanal, was eine schnelle Untersuchung der überzeugendsten und ungewöhnlichsten Entdeckungen ermöglicht.

Das Lichtmuster von SN 2023zkd selbst erwies sich als höchst ungewöhnlich. Zunächst hellte es sich wie eine typische Supernova auf, bevor es wieder abnahm. Danach hellte es sich jedoch erneut auf, was große Aufmerksamkeit erregte. Archivdaten zeigten zudem ein eigenartiges Verhalten vor der Explosion: Der Stern, der über einen längeren Zeitraum eine konstante Helligkeit beibehalten hatte, war in den vier Jahren vor seiner Explosion allmählich heller geworden. Wissenschaftler theoretisieren, dass diese Helligkeitszunahme vor der Explosion von überschüssigem Material herrührte, das der Stern abstieß. Die nachfolgenden Helligkeitsspitzen nach der Explosion traten wahrscheinlich auf, als die Schockwelle der Supernova nacheinander mit Gas geringerer Dichte und dann mit einer dichten Staubwolke in der umgebenden Umgebung kollidierte.

Die Anwesenheit eines Schwarzen Lochs wurde nicht nur aus der komplexen Struktur des umgebenden Gases und Staubs abgeleitet, sondern auch aus der eigenartigen Sternhelligkeit, die in den Jahren vor der Explosion beobachtet wurde. Ohne die Unterstützung von LAISS wären diese entscheidenden frühen Signaturen der umgebenden Scheibe und des Schwarzen Lochs als Begleiter wahrscheinlich übersehen worden. KI-Systeme wie LAISS werden zunehmend unverzichtbar, da sie Astronomen ermöglichen, seltene Explosionen konsistent aufzuspüren und ihre Ursprünge zu verfolgen, ohne auf Zufall angewiesen zu sein. Die Ergebnisse dieser bahnbrechenden Forschung wurden am 13. August offiziell in The Astrophysical Journal veröffentlicht.