В июле 2023 года астрономы зафиксировали событие, которое может навсегда изменить понимание жизненных циклов массивных звезд. На расстоянии 730 миллионов световых лет от Земли произошел взрыв сверхновой, получившей обозначение SN 2023zkd. Открытие было сделано с помощью Zwicky Transient Facility (ZTF), роботизированного обзора неба, базирующегося в Паломарской обсерватории в Калифорнии, и оно указывает на ранее невиданный тип звездной катастрофы.
Основная гипотеза, выдвинутая исследователями, описывает драматический сценарий. Огромная звезда, вращавшаяся по орбите вокруг черной дыры, со временем стала приближаться к своему компаньону. В конечном итоге гравитационное взаимодействие достигло критической точки, и звезда попыталась поглотить черную дыру, что привело к колоссальному взрыву под действием экстремального гравитационного напряжения. Альтернативная версия, согласно которой черная дыра «спагеттифицировала» звезду, разрывая ее на части, хуже согласуется с полученными данными.
Ключевую роль в понимании этого события сыграли наблюдения, предшествовавшие взрыву. Система искусственного интеллекта обнаружила необычную активность и повышение яркости за несколько месяцев до основной вспышки. Анализ архивных данных, собранных ZTF, показал, что умирающая звезда постепенно становилась ярче на протяжении четырех лет до своей гибели. Такое поведение нехарактерно для стандартных моделей сверхновых.
Световая кривая SN 2023zkd после взрыва оказалась не менее уникальной. Сначала объект вспыхнул, как типичная сверхновая, после чего его яркость начала снижаться. Однако затем, вопреки ожиданиям, яркость начала расти во второй раз. Такое двухэтапное свечение потребовало нестандартного объяснения.
Ученые пришли к выводу, что сложная световая картина вызвана взаимодействием ударной волны с окружающим звезду веществом. Постепенное повышение яркости в течение четырех лет было связано с тем, что звезда сбрасывала избыточный материал. Первый пик яркости после взрыва произошел, когда ударная волна столкнулась с облаком разреженного газа, а второй, более поздний пик, — когда она достигла более плотного облака пыли.
Присутствие черной дыры не было подтверждено прямыми наблюдениями, но на него указывают два косвенных фактора. Во-первых, это сложная структура окружающего газа и пыли, сформированная гравитацией невидимого массивного компаньона. Во-вторых, именно странное и продолжительное увеличение яркости звезды перед взрывом лучше всего объясняется взаимодействием в тесной двойной системе с черной дырой.
Анализ состава звезды показал еще одну аномалию. В отличие от многих других массивных звезд, взорвавшихся как сверхновые, SN 2023zkd не успела полностью сбросить свои внешние оболочки. Это говорит о том, что взаимодействие в двойной системе было гораздо более хаотичным и «грязным», чем предполагают существующие астрофизические модели.
Героем этого открытия стал искусственный интеллект LAISS (Lightcurve Anomaly Identification and Similarity Search). Его архитектура основана на алгоритме, схожем с тем, что использует Spotify для рекомендации музыки. LAISS непрерывно сканирует данные ZTF в поисках аномалий, сравнивая характеристики новых событий с огромной базой данных известных астрономических явлений. Его главная цель — выявление статистических выбросов, которые могут указывать на редкие или совершенно новые феномены.
Рабочий процесс системы максимально автоматизирован. Как только LAISS находит необычного кандидата, специальный бот немедленно отправляет уведомление в мессенджер Slack, публикуя информацию в выделенном канале. Это позволяет команде астрономов оперативно реагировать и организовывать дальнейшие наблюдения.
Раннее обнаружение SN 2023zkd благодаря LAISS позволило избежать зависимости от удачи. Своевременное оповещение дало возможность задействовать несколько крупных обсерваторий для проведения детальных наблюдений в широком диапазоне длин волн. Без помощи ИИ астрономы, скорее всего, пропустили бы ранние признаки, указывающие на окружающий звезду диск и наличие компаньона в виде черной дыры.
Результаты исследования, опубликованные 13 августа в журнале The Astrophysical Journal, возглавили Алекс Гальяно из Института искусственного интеллекта и фундаментальных взаимодействий и Эшли Виллар, доцент Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики. Их работа демонстрирует, что взаимодействия между массивными звездами и их компаньонами могут быть «гораздо более беспорядочными, чем думали астрономы», бросая вызов устоявшимся теориям.
Изображение носит иллюстративный характер
Основная гипотеза, выдвинутая исследователями, описывает драматический сценарий. Огромная звезда, вращавшаяся по орбите вокруг черной дыры, со временем стала приближаться к своему компаньону. В конечном итоге гравитационное взаимодействие достигло критической точки, и звезда попыталась поглотить черную дыру, что привело к колоссальному взрыву под действием экстремального гравитационного напряжения. Альтернативная версия, согласно которой черная дыра «спагеттифицировала» звезду, разрывая ее на части, хуже согласуется с полученными данными.
Ключевую роль в понимании этого события сыграли наблюдения, предшествовавшие взрыву. Система искусственного интеллекта обнаружила необычную активность и повышение яркости за несколько месяцев до основной вспышки. Анализ архивных данных, собранных ZTF, показал, что умирающая звезда постепенно становилась ярче на протяжении четырех лет до своей гибели. Такое поведение нехарактерно для стандартных моделей сверхновых.
Световая кривая SN 2023zkd после взрыва оказалась не менее уникальной. Сначала объект вспыхнул, как типичная сверхновая, после чего его яркость начала снижаться. Однако затем, вопреки ожиданиям, яркость начала расти во второй раз. Такое двухэтапное свечение потребовало нестандартного объяснения.
Ученые пришли к выводу, что сложная световая картина вызвана взаимодействием ударной волны с окружающим звезду веществом. Постепенное повышение яркости в течение четырех лет было связано с тем, что звезда сбрасывала избыточный материал. Первый пик яркости после взрыва произошел, когда ударная волна столкнулась с облаком разреженного газа, а второй, более поздний пик, — когда она достигла более плотного облака пыли.
Присутствие черной дыры не было подтверждено прямыми наблюдениями, но на него указывают два косвенных фактора. Во-первых, это сложная структура окружающего газа и пыли, сформированная гравитацией невидимого массивного компаньона. Во-вторых, именно странное и продолжительное увеличение яркости звезды перед взрывом лучше всего объясняется взаимодействием в тесной двойной системе с черной дырой.
Анализ состава звезды показал еще одну аномалию. В отличие от многих других массивных звезд, взорвавшихся как сверхновые, SN 2023zkd не успела полностью сбросить свои внешние оболочки. Это говорит о том, что взаимодействие в двойной системе было гораздо более хаотичным и «грязным», чем предполагают существующие астрофизические модели.
Героем этого открытия стал искусственный интеллект LAISS (Lightcurve Anomaly Identification and Similarity Search). Его архитектура основана на алгоритме, схожем с тем, что использует Spotify для рекомендации музыки. LAISS непрерывно сканирует данные ZTF в поисках аномалий, сравнивая характеристики новых событий с огромной базой данных известных астрономических явлений. Его главная цель — выявление статистических выбросов, которые могут указывать на редкие или совершенно новые феномены.
Рабочий процесс системы максимально автоматизирован. Как только LAISS находит необычного кандидата, специальный бот немедленно отправляет уведомление в мессенджер Slack, публикуя информацию в выделенном канале. Это позволяет команде астрономов оперативно реагировать и организовывать дальнейшие наблюдения.
Раннее обнаружение SN 2023zkd благодаря LAISS позволило избежать зависимости от удачи. Своевременное оповещение дало возможность задействовать несколько крупных обсерваторий для проведения детальных наблюдений в широком диапазоне длин волн. Без помощи ИИ астрономы, скорее всего, пропустили бы ранние признаки, указывающие на окружающий звезду диск и наличие компаньона в виде черной дыры.
Результаты исследования, опубликованные 13 августа в журнале The Astrophysical Journal, возглавили Алекс Гальяно из Института искусственного интеллекта и фундаментальных взаимодействий и Эшли Виллар, доцент Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики. Их работа демонстрирует, что взаимодействия между массивными звездами и их компаньонами могут быть «гораздо более беспорядочными, чем думали астрономы», бросая вызов устоявшимся теориям.
