AI揭秘恒星吞噬黑洞新超新星类型

一项由类似于音乐推荐引擎的人工智能系统促成的开创性天文发现，揭示了一种可能全新的超新星类别。这次天体爆炸于2023年7月观测到，被命名为SN 2023zkd，它似乎是一颗巨型恒星可能试图吞噬附近黑洞时发生的剧烈消亡。

这颗超新星最初是由兹威基瞬变设施（Zwicky Transient Facility）探测到的，该设施是从加利福尼亚州帕洛玛天文台运行的全面天空巡天项目。至关重要的是，这次探测并非偶然。兹威基设施是根据一个名为“光变曲线异常识别与相似性搜索”（LAISS）的先进算法的指示，专门指向该事件的。这种人工智能系统，尤其值得注意的是，其建模原理与Spotify的音乐推荐系统相同，擅长筛选海量天文数据，以精确识别夜空中的异常活动，就像Spotify根据用户的收听习惯推荐新歌曲一样。

对科学家而言，早期探测超新星对于理解其完整生命周期——从爆炸性诞生到最终衰退——至关重要。根据研究合著者、人工智能与基础相互作用研究所的博士后研究员亚历克斯·加利亚诺（Alex Gagliano）和哈佛-史密森天体物理中心超新星研究员兼助理教授阿什利·维拉尔（Ashley Villar）的说法，在这种情况下，LAISS在实际爆炸前几个月就标记了恒星光信号中不寻常的增亮。这一及时警报使得一个主要天文台网络能够将他们的仪器转向这个初生的事件，从而捕获了覆盖广泛光波长的丰富数据。

天文学家提出了几种关于所发生事件的理论，但最有说服力的证据表明，SN 2023zkd是由一颗围绕着距离地球约7.3亿光年的黑洞运行的巨大恒星引起的。当这两个天体螺旋式地靠近时，这颗恒星受到了巨大的引力作用。主流的假设认为，在这极端压力下，这颗恒星实际上试图吸收黑洞，导致了它的灾难性爆炸。虽然另一种被称为“意大利面化”（spaghettification）的可能性——即黑洞的巨大引力将恒星撕裂——也被考虑过，但收集到的数据并不强烈支持这种情景。

对这颗巨型恒星化学成分的进一步分析显示，它在消亡前并未完全脱落其外层。加利亚诺指出，这一发现暗示了双星系统中比以前假设的更复杂、更“混乱”的相互作用。理解伴星相互作用如何影响巨型恒星的爆炸，仍然是当前天文模型面临的重大挑战。尽管承认此类观测事件的稀有性，加利亚诺强调数据强烈表明涉及双星系统，使得恒星-黑洞相互作用的可能性极高。

LAISS的强大之处在于它能够通过将天体的光特性与已知现象的广泛参考数据库进行比较来识别统计异常值。当LAISS识别出有希望的候选者时，一个自动化机器人会通过专门的消息通道向天文学家发出警报，从而促进对最引人注目和不寻常发现的快速调查。

SN 2023zkd的光模式本身被证明非常不寻常。最初，它像典型的超新星一样增亮，然后变暗。然而，它随后再次增亮，引起了极大的关注。档案数据进一步揭示了爆炸前奇特的行为：这颗恒星在长时间内保持了稳定的亮度，但在爆炸前的四年里逐渐变得更亮。科学家推测，这种爆炸前的增亮源于恒星正在脱落的过剩物质。爆炸后随后的亮度峰值可能发生在超新星的冲击波先后与周围环境中密度较低的气体和随后密集的尘埃云碰撞时。

黑洞的存在不仅从周围气体和尘埃的复杂结构中推断出来，而且还从爆炸前几年观测到的奇特恒星增亮中推断出来。如果没有LAISS的帮助，这些围绕盘和黑洞伴星的关键早期特征很可能就会被错过。像LAISS这样的AI系统正变得越来越不可或缺，它们使天文学家能够持续发现罕见的爆炸并追溯其起源，而无需依赖偶然性。这项开创性研究的结果于8月13日正式发表在《天体物理学杂志》（The Astrophysical Journal）上。