Учените се обърнаха към изкуствения интелект (ИИ), за да разберат по-добре защо някои мъртви звездни остатъци, наречени бели джуджета, експлодират.

Тези енергични експлозии, наречени свръхнови от тип Ia, биха могли да бъдат отговорни за създаването на тежки елементи и разпространението им в Космоса. Именно тези елементи могат да се превърнат в градивни елементи на бъдещи звезди, планети или дори живот. Емисиите, свързани със свръхнови от тип Ia, са също толкова характерни, че астрономите наричат тези събития „стандартни свещи“ и ги използват за измерване на огромни космически разстояния.

И все пак тези космически експлозии са доста различни от свръхновите, които съпътстват смъртта на масивни звезди, в резултат на което се раждат неутронни звезди и черни дупки. Свръхновите от тип Ia се случват, когато „мъртва“ звезда бяло джудже се храни с материал, отнет от партньорска звезда.

Въпреки значението на свръхновите от тип Ia за космическата еволюция и тяхната полезност като небесен измервателен инструмент, астрономите все още не знаят как точно и защо се случват.

„Когато изследваме свръхнови, анализираме техните спектри. Спектрите показват интензивността на светлината в различни дължини на вълните, която се влияе от елементите, създадени в свръхновата. Всеки елемент взаимодейства със светлината с уникална дължина на вълната и следователно оставя уникален подпис върху спектъра“, казва в изявление водещият автор на изследването Марк Магий от Университета в Уоруик. „Анализът на тези подписи може да помогне да се определи какви елементи се създават в свръхновата и да предостави допълнителни подробности за начина, по който свръхновата е експлодирала.“

След около 5 милиарда години Слънцето ще изчерпи водорода - горивото, необходимо за ядрения синтез в ядрото му. Прекратяването на този синтез на водород в хелий ще прекъсне и външния радиационен натиск, който понастоящем поддържа Слънцето срещу вътрешния натиск на собствената му гравитация.

Ядрото на Слънцето ще се разруши, а външните му слоеве, в които все още се извършва ядрен синтез, ще се раздуят. Това ще превърне Слънцето в червен гигант - фаза, при която то ще се разшири до орбитата на Марс. Това означава, че вътрешните планети на Слънчевата система, включително Земята, ще бъдат погълнати.

Тази фаза на червен гигант ще продължи около 1 милиард години, което е около 10% от общия живот на Слънцето. По време на тази фаза издутите външни слоеве на Слънцето ще се разпръснат и охладят. Крайният резултат ще бъде тлеещо звездно ядро, или бяло джудже, заобиколено от облак газ и прах, наречен планетарна мъглявина (която по ирония на съдбата няма нищо общо с планетите). За Слънцето фазата на бялото джудже ще отбележи края на неговото съществуване.

Други звезди с размерите на Слънцето също се превръщат в бели джуджета, но ако имат двоен партньор, това може да не е краят на живота им. Вместо да угаснат, някои бели джуджета могат да изчезнат с гръм и трясък.

Подобно на вампир, който излиза от гроба, за да се наслади на кръвта на невинна жертва, ако бялото джудже е достатъчно близо до звезда спътник (или ако тази звезда е набъбнала по време на фазата си на червен гигант), то може да започне да се храни със звездния материал на своята жертва.

Материята от тази звезда донор обаче не може да падне директно на повърхността на бялото джудже поради запазването на ъгловия момент. По-скоро тя образува диск между звездата донор и бялото джудже, съставен от материал, който постепенно се подава към плътния звезден остатък. Тази акретирана материя се натрупва на повърхността на звездния остатък, увеличавайки масата на бялото джудже отвъд така наречената граница на Чандрасехар, която е равна на 1.4 пъти масата на Слънцето. Това е границата на масата, която звездата трябва да премине, за да стане свръхнова.

Канибалското хранене на бяло джудже със звезда донор в крайна сметка води до термоядрен взрив - свръхнова тип Ia.

Една от основните разлики между свръхновите от тип Ia и свръхновите от типа „колапс на ядрото“, които се случват, когато ядрата на масивни звезди падат върху себе си, смачквайки се, за да се родят неутронни звезди или черни дупки, е, че белите джуджета са напълно унищожени от експлозията, която е резултат от хищното им хранене.

За да разбере по-добре този процес, екипът от Университета на Уоруик се обръща към машинното обучение. Използвайки тази форма на изкуствен интелект, екипът успя да ускори симулациите на свръхнови от тип Ia, които традиционно отнемат много време и огромна изчислителна мощ. Обикновено един модел може да отнеме между 10 и 90 минути, обяснява екипът.

„Искаме да сравним стотици или хиляди модели, за да разберем напълно свръхновата. В много случаи това е невъзможно“, казва Магий. „Нашите нови изследвания ще се откажат от този продължителен процес. Ще обучим алгоритми за машинно обучение за това как изглеждат различните видове експлозии и ще ги използваме за генериране на модели много по-бързо.“

Той добави, че по подобен начин, както хората използват изкуствен интелект, за да създават произведения на изкуството или текст, изследователите ще могат да генерират симулации на свръхнови. Сега екипът може да сравни резултатите, получени от симулациите, задвижвани от ИИ, с реалните наблюдения на действителни свръхнови от тип Ia.

„Ще можем да генерираме хиляди модели за по-малко от секунда, което ще бъде огромен стимул за изследванията на свръхнови“, казва Магий. „На базата на тези данни подготвяме модели, които се сравняват с реални свръхнови, за да установим какъв тип е свръхновата и как точно е избухнала.“

Ползите от този подход обаче не се ограничават само до скоростта. Повишената точност на процеса, базиран на изкуствен интелект, ще позволи на изследователите да определят по-добре обхвата на елементите, които се образуват около експлозиите от тип Ia и след това се разпръскват в Космоса.

Снимка: Unsplash/ESA

Виж още: Психолог обяснява защо е възможно да се влюбим в изкуствен интелект