Sztuczna inteligencja pomaga naukowcom zrozumieć kosmiczne eksplozje

Astronomowie wykorzystują sztuczną inteligencję (AI) aby badać kosmiczne eksplozje znane jako supernowe. Te niezwykłe wydarzenia pomagają lepiej zrozumieć ewolucje Wszechświata.

Kosmiczne eksplozje

.Metoda opracowana przez badaczy z Ludwig Maximilian University of Munich (LMU), ORIGINS Excellence Cluster, Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics (MPE) i ORIGINS Data Science Lab (ODSL), otwiera nowe możliwości analizy atmosfer egzoplanet, zwłaszcza jeśli chodzi o wpływ chmur i może znacznie poprawić zrozumienie odległych światów. Badanie zostało opublikowana w Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Kiedy odległe egzoplanety przechodzą przed swoją gwiazdą, blokują jej niewielką część światła, podczas gdy jeszcze mniejsza ilość przenika przez atmosferę planety. Ta interakcja prowadzi do zmian w widmie światła, które odzwierciedlają jej właściwości, takie jak skład chemiczny, temperatura i zachmurzenie.

Aby móc analizować zmierzone widma, astronomowie potrzebują modeli, które mogą obliczyć miliony syntetycznych w krótkim czasie. Dopiero późniejsze porównanie teoretycznych modeli ze zmierzonymi danymi pozwala uzyskać informacje na temat składu atmosfer jakie posiadają egzoplanety.

Jak podkreślają naukowcy, kluczowym aspektem badań egzoplanet jest rozpraszanie światła w atmosferze, w szczególności przez chmury tam obecne. Dotychczasowe modele nie były w stanie uchwycić tego zjawiska w zadowalający sposób, co prowadziło do niedokładności w analizie widmowej.

Wykorzystanie sztucznej inteligencji

.Sieci neuronowe oparte na fizyce, zdaniem badaczy, są w stanie skuteczniej rozwiązywać złożone równania. W nowym badaniu naukowcy wytrenowali dwie takie sieci. Pierwszy model, który został opracowany bez uwzględnienia rozpraszania światła, wykazał niezwykłą dokładność przy względnych błędach wynoszących przeważnie mniej niż 1 proc.

Drugi model obejmował przybliżenia tak zwanego rozpraszania Rayleigha (model rozpraszania fal elektromagnetycznych) – tego samego efektu, który sprawia, że niebo na Ziemi wydaje się niebieskie. Chociaż wymagają one dalszej poprawy, sieć neuronowa była w stanie rozwiązać złożone równanie, co jak wskazują astronomowie, jest postępem.

Nowe odkrycia były możliwe dzięki interdyscyplinarnej współpracy między fizykami z LMU, ORIGINS Excellence Cluster, Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics (MPE) i ORIGINS Data Science Lab (ODSL), które specjalizuje się w opracowywaniu nowych metod opartych na sztucznej inteligencji.

„Ta synergia nie tylko przyspiesza badania egzoplanet, ale także otwiera nowe horyzonty dla rozwoju metod opartych na sztucznej inteligencji. W przyszłości chcemy dalej rozszerzać naszą interdyscyplinarną współpracę, aby symulować rozpraszanie światła przez chmury z większą precyzją, a tym samym w pełni wykorzystać potencjał sieci neuronowych” – podsumowuje David Dahlbüdding z LMU.

Z gwiazd powstaliśmy, w gwiazdy się obrócimy

.Członek Polskiego Towarzystwa Astronomicznego, Piotr KOŁACZEK-SZYMAŃSKI, na łamach „Wszystko co Najważniejsze” twierdzi, że: „Pod koniec swojego życia gwiazda wykonuje gwałtowne oscylacje. W skali setek lub tysięcy lat doznaje gwałtownych rozprężeń, staje się wyraźnie większa i chłodniejsza, a następnie się kurczy. Jej powierzchniowe obszary są przyciągane zbyt słabo i „odlatują” od niej. Rozpad następuje warstwowo. Trwa to przez tysiące lat. Jedyne, co pozostaje, to jądro, biały karzeł złożony z węgla i tlenu, otoczony przez gaz, który powstaje w procesie odpadania warstw”.

„Mniejsze gwiazdy kończą swój żywot na etapie spalania węgla i tlenu. Gwiazdy masywniejsze są tak ciężkie, że w pozostających z nich białych karłach dochodzi do takiego wzrostu temperatury, że nawet tlen i węgiel spalają się i przechodzą w kolejne pierwiastki. Gwiazda staje się czerwonym nadolbrzymem. Na samym końcu tego procesu, bezpośrednio przed eksplozją supernowej, w jej jądrze pojawia się żelazo. Od tego momentu gwiazda nie może generować więcej energii. Po raz kolejny dochodzi do stanu krytycznego w jej życiu – zaczyna się rozpadać”.

„W pewnym momencie w jądrze robi się tak gęsto, że nawet elektrony pełzające wokół atomów żelaza nie mogą już dłużej tego robić. Zaczyna się proces neutronizacji materii. Elektrony wnikają w jądro atomów i zamieniają protony w neutrony. Żelazo zostaje zniszczone – powstaje gwiazda neutronowa”.

„Jądro gwiazdy neutronowej kurczy się i jednocześnie staje się sprężyste. Odbija się od zewnętrznej materii gwiazdy jak piłka. Powoduje to powstanie dużej fali uderzeniowej. Napór materii z zewnątrz jest tak duży, że powoduje zatrzymanie fali uderzeniowej w miejscu, w wyniku czego gwiazda zaczyna się niebywale rozgrzewać. Wskutek tego wybuchowego, deflagracyjnego spalania się powstaje duża część układu okresowego pierwiastków. Materia po śmierci gwiazdy, składająca się z pierwiastków ciężkich, może zasilić nowo powstające gwiazdy i planety”.

„Pierwiastki, z których się składamy, na przykład węgiel, azot i tlen, powstają dzięki śmierci mało masywnych gwiazd, jak nasze Słońce. W wyniku eksplozji supernowej powstaje tlen. Nasze ukochane złoto i srebro są efektem procesu jeszcze rzadszego – „zlania się” dwóch gwiazd neutronowych. Każdy atom węgla, tlenu i azotu w naszym ciele – kiedyś był obecny we wnętrzu gwiazdy. Bez nich nie moglibyśmy zaistnieć. Nasze życie powstało za sprawą gwiazd” – pisze Piotr KOŁACZEK-SZYMAŃSKI w tekście „Z gwiazd powstaliśmy, w gwiazdy się obrócimy„.

Oprac. EG