Οι επιστήμονες χρησιμοποιούν τεχνητή νοημοσύνη (AI) για να κατανοήσουν καλύτερα γιατί κάποια νεκρά αστρικά υπολείμματα – τα λεγόμενα λευκά αστέρια νάνοι – εκρήγνυνται.
Αυτές οι εκρήξεις υψηλής ενέργειας, που ονομάζονται σουπερνόβα τύπου Ia, θα μπορούσαν να είναι υπεύθυνες για τη δημιουργία βαρέων στοιχείων και τη διανομή τους σε όλο τον κόσμο. Αυτά τα στοιχεία μπορεί να γίνουν τα δομικά στοιχεία των μελλοντικών αστεριών, πλανητών ή ακόμα και ζωής. Επιπλέον, οι εκπομπές που σχετίζονται με τους σουπερνόβα τύπου Ia είναι τόσο χαρακτηριστικές που οι αστρονόμοι αποκαλούν αυτά τα γεγονότα “τυποποιημένα κεριά” και τα χρησιμοποιούν για να μετρήσουν τεράστιες κοσμικές αποστάσεις.
Ωστόσο, αυτές οι κοσμικές εκρήξεις είναι αρκετά διαφορετικές από τις σουπερνόβα που συνοδεύουν τους θανάτους μεγάλων άστρων και οδηγούν στη γέννηση άστρων νετρονίων και μαύρων τρυπών. Οι σουπερνόβα τύπου Ia συμβαίνουν όταν ένα “νεκρό” λευκό νάνο αστέρι τρέφεται με υλικό που χωρίζεται από ένα συνεργάτη αστέρι.
Ωστόσο, παρά τη σημασία των σουπερνόβα τύπου Ia για την εξέλιξη του σύμπαντος και τη χρησιμότητά τους ως ουράνιο εργαλείο μέτρησης, οι αστρονόμοι εξακολουθούν να μην γνωρίζουν ακριβώς πώς και γιατί εμφανίζονται.
Σχετίζεται με: Οι λευκοί νάνοι είναι αστέρια ζόμπι «heavy metal» που κανιβαλίζουν ατελείωτα τα νεκρά πλανητικά τους συστήματα
«Όταν μελετάμε σουπερνόβα, αναλύουμε τα φάσματα τους. Τα φάσματα δείχνουν την ένταση του φωτός σε διαφορετικά μήκη κύματος, η οποία επηρεάζεται από τα στοιχεία που παράγονται στο σουπερνόβα. Κάθε στοιχείο αλληλεπιδρά με το φως σε μοναδικά μήκη κύματος και επομένως αφήνει μια μοναδική υπογραφή στα φάσματα», δήλωσε ο επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης Mark Magee από το Πανεπιστήμιο του Warwick, σε μια δήλωση. «Η ανάλυση αυτών των υπογραφών μπορεί να βοηθήσει στον προσδιορισμό των στοιχείων που παράγονται σε μια σουπερνόβα και να παρέχει περισσότερες λεπτομέρειες σχετικά με το πώς εξερράγησαν οι σουπερνόβα».
Γιατί εκρήγνυνται οι άκρες των λευκών νάνων;
Σε περίπου 5 δισεκατομμύρια χρόνια, ο Ήλιος θα ξεμείνει από υδρογόνο, το καύσιμο που απαιτείται για την πυρηνική σύντηξη στον πυρήνα του. Το τέλος αυτής της σύντηξης υδρογόνου-ηλίου θα διαταράξει επίσης την πίεση προς τα έξω ακτινοβολίας που υποστηρίζει επί του παρόντος τον Ήλιο έναντι της εσωτερικής πίεσης της δικής του βαρύτητας.
Ο πυρήνας του ήλιου θα καταρρεύσει. τα εξωτερικά στρώματα, όπου εξακολουθεί να λαμβάνει χώρα η πυρηνική σύντηξη, θα επεκταθούν. Αυτό θα κάνει τον Ήλιο να γίνει ένας κόκκινος γίγαντας και κατά τη διάρκεια αυτής της φάσης θα επεκταθεί στην τροχιά του Άρη. Αυτό σημαίνει ότι οι εσωτερικοί πλανήτες του ηλιακού συστήματος, συμπεριλαμβανομένης της Γης, θα καταβροχθιστούν.
Αυτή η φάση του κόκκινου γίγαντα διαρκεί περίπου ένα δισεκατομμύριο χρόνια, ή περίπου το 10% της συνολικής διάρκειας ζωής του Ήλιου. Κατά τη διάρκεια αυτής της φάσης, τα φουσκωμένα εξωτερικά στρώματα του ήλιου διασκορπίζονται και ψύχονται. Το τελικό αποτέλεσμα είναι ένας αστρικός πυρήνας που σιγοκαίει, ή λευκός νάνος, που περιβάλλεται από ένα σύννεφο αερίου και σκόνης που ονομάζεται πλανητικό νεφέλωμα (και, κατά ειρωνικό τρόπο, δεν έχει καμία σχέση με πλανήτες). Για τον Ήλιο, η φάση του λευκού νάνου σηματοδοτεί το τέλος της ύπαρξής του.
Άλλα αστέρια στο μέγεθος του Ήλιου μετατρέπονται επίσης σε λευκούς νάνους, αλλά αν έχουν έναν δυαδικό σύντροφο, αυτό μπορεί να μην είναι το τέλος της ζωής τους. Αντί να εξαφανιστούν, κάποιοι λευκοί νάνοι θα μπορούσαν να εξαφανιστούν με ένα κτύπημα.
Ακριβώς όπως ένας βρικόλακας πηδά από τον τάφο για να γλεντήσει με το αίμα ενός αθώου θύματος, ένας λευκός νάνος από ένα αστρικό πτώμα μπορεί να αρχίσει να τρέφεται με το αστρικό υλικό του θύματός του, εάν είναι αρκετά κοντά σε ένα συντροφικό αστέρι (ή εάν αυτό το αστέρι διογκωθεί κατά τη διάρκεια του δική του φάση του κόκκινου γίγαντα).
Ωστόσο, η ύλη από αυτό το αστέρι δότη δεν μπορεί να πέσει απευθείας στην επιφάνεια του λευκού νάνου λόγω της διατήρησης της γωνιακής ορμής. Μάλλον, σχηματίζει έναν δίσκο υλικού μεταξύ του αστέρα-δότη και του λευκού νάνου, ο οποίος σταδιακά προστίθεται στο πυκνό υπόλειμμα του αστεριού. Αυτή η συσσωρευμένη ύλη συσσωρεύεται στην επιφάνεια του αστρικού υπολείμματος, αυξάνοντας τη μάζα του λευκού νάνου πέρα από το λεγόμενο όριο Chandrasekhar, το οποίο είναι 1,4 φορές η μάζα του Ήλιου. Αυτό αντιπροσωπεύει το όριο μάζας που πρέπει να υπερβεί ένα αστέρι για να γίνει σουπερνόβα.
Το κανιβαλικό ξεφάντωμα τροφοδοσίας ενός λευκού νάνου σε ένα αστέρι δότη οδηγεί τελικά σε μια ανεξέλεγκτη θερμοπυρηνική έκρηξη: μια υπερκαινοφανή τύπου Ia.
Μία από τις κύριες διαφορές μεταξύ των σουπερνόβα τύπου Ia και των σουπερνόβα “κατάρρευσης πυρήνα”, που συμβαίνουν όταν οι πυρήνες των μεγάλων αστεριών καταρρέουν και συνθλίβονται για να σχηματίσουν αστέρια νετρονίων ή μαύρες τρύπες, είναι ότι οι λευκοί νάνοι σχηματίζονται από την έκρηξη που συμβαίνει ως αποτέλεσμα. της ακόρεστης τροφής τους, θα καταστραφεί ολοσχερώς.
Για να κατανοήσει καλύτερα αυτή τη διαδικασία, η ομάδα του Πανεπιστημίου του Warwick στράφηκε στη μηχανική μάθηση. Χρησιμοποιώντας αυτή τη μορφή τεχνητής νοημοσύνης, η ομάδα μπόρεσε να επιταχύνει τις προσομοιώσεις υπερκαινοφανών τύπου Ia, οι οποίες συνήθως απαιτούν πολύ χρόνο και υπολογιστική ισχύ. Συνήθως, ένα μοντέλο μπορεί να διαρκέσει από 10 έως 90 λεπτά, εξήγησε η ομάδα.
«Θέλουμε να συγκρίνουμε εκατοντάδες ή χιλιάδες μοντέλα για να κατανοήσουμε πλήρως το σουπερνόβα. Αυτό δεν είναι πραγματικά εφικτό σε πολλές περιπτώσεις», είπε ο Magee. «Η νέα μας έρευνα θα ξεφύγει από αυτή τη μακρά διαδικασία. Θα εκπαιδεύσουμε αλγόριθμους μηχανικής μάθησης σχετικά με το πώς μοιάζουν οι διαφορετικοί τύποι εκρήξεων και θα το χρησιμοποιήσουμε για να δημιουργήσουμε μοντέλα πολύ πιο γρήγορα».
Πρόσθεσε ότι οι ερευνητές μπορούν να δημιουργήσουν προσομοιώσεις σουπερνόβα με παρόμοιο τρόπο με τον τρόπο που οι άνθρωποι χρησιμοποιούν την τεχνητή νοημοσύνη για να δημιουργήσουν έργα τέχνης ή κείμενο. Η ομάδα μπορεί τώρα να συγκρίνει τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων με τεχνητή νοημοσύνη με πραγματικές παρατηρήσεις πραγματικών σουπερνόβα τύπου Ia.
«Θα είμαστε σε θέση να δημιουργήσουμε χιλιάδες μοντέλα σε λιγότερο από ένα δευτερόλεπτο, κάτι που θα δώσει τεράστια ώθηση στην έρευνα για σουπερνόβα», είπε ο Magee. «Από αυτά τα δεδομένα, δημιουργούμε μοντέλα που συγκρίνονται με πραγματικές σουπερνόβα για να προσδιορίσουμε τι είδους σουπερνόβα ήταν και πώς ακριβώς εξερράγη».
Ωστόσο, τα οφέλη αυτής της προσέγγισης δεν περιορίζονται μόνο στην ταχύτητα. Η μεγαλύτερη ακρίβεια της διαδικασίας που βασίζεται στην τεχνητή νοημοσύνη θα επιτρέψει επίσης στους ερευνητές να προσδιορίσουν καλύτερα το εύρος των στοιχείων που δημιουργούνται στις εκρήξεις τύπου Ia και στη συνέχεια διασκορπίζονται σε όλο το σύμπαν.
«Η μελέτη των στοιχείων που απελευθερώνονται από σουπερνόβα είναι ένα κρίσιμο βήμα για τον προσδιορισμό του τύπου της έκρηξης, καθώς ορισμένοι τύποι εκρήξεων απελευθερώνουν περισσότερα στοιχεία από άλλους», είπε ο Magee. «Μπορούμε στη συνέχεια να συσχετίσουμε τις ιδιότητες της έκρηξης με τις ιδιότητες των γαλαξιών στους οποίους ζει η σουπερνόβα και να δημιουργήσουμε μια άμεση σύνδεση μεταξύ του τύπου της έκρηξης και του τύπου του λευκού νάνου που εκρήγνυται».
ΠΑΡΟΜΟΙΕΣ ΑΝΑΡΤΗΣΕΙΣ:
— Λίγο πριν εκραγεί, αυτό το αστέρι ξεφύσηξε τη μάζα ενός ήλιου
— Τα περίεργα απομεινάρια μιας έκρηξης σουπερνόβα θα μπορούσαν να περιέχουν ένα υπερπυκνό αστέρι
— Ρίξτε μια ματιά στα απομεινάρια ενός σουπερνόβα 800 ετών και δείτε ένα «άστρο ζόμπι»
Η ομάδα θα προσπαθήσει τώρα να επεκτείνει τη μέθοδό της έτσι ώστε να μπορεί να εφαρμοστεί και σε άλλα σουπερνόβα, συμπεριλαμβανομένων εκείνων που σχετίζονται με το σχηματισμό άστρων νετρονίων και μαύρων οπών. Αυτό θα μπορούσε να βοηθήσει στη σύνδεση των ιδιοτήτων αυτών των σουπερνόβα με τους γαλαξίες στους οποίους εμφανίζονται.
«Με τις σύγχρονες έρευνες, έχουμε επιτέλους σύνολα δεδομένων μεγέθους και ποιότητας για να αντιμετωπίσουμε μερικά από τα πιο σημαντικά ερωτήματα που απομένουν στην επιστήμη των σουπερνόβα: πώς ακριβώς εκρήγνυνται», δήλωσε το μέλος της ομάδας Thomas Killestein από το Πανεπιστήμιο του Τούρκου. «Οι προσεγγίσεις μηχανικής μάθησης όπως αυτή επιτρέπουν μελέτες μεγαλύτερου αριθμού σουπερνόβα, με περισσότερες λεπτομέρειες και με μεγαλύτερη συνέπεια από προηγούμενες προσεγγίσεις».
Η έρευνα της ομάδας δημοσιεύθηκε τον Μάιο στο Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS).