Một Al cơ chế hoạt động theo kiểu như Spotify đã giúp các nhà khoa học phát hiện ra dấu hiệu của một loại siêu tân tinh hoàn toàn mới. Hệ thống này quét bầu trời, ghi nhận những hoạt động bất thường và xác định được sự kiện mà một ngôi sao khổng lồ phát nổ khi cố “nuốt chửng” một hố đen bên cạnh.

Vụ nổ sao này, mang tên SN 2023zkd, được phát hiện vào tháng 7/2023 bằng Zwicky Transient Facility – một hệ thống khảo sát toàn bầu trời đặt tại Đài Quan sát Palomar ở California. Việc phát hiện không phải do ngẫu nhiên mà nhờ một thuật toán được tối ưu hóa để tìm các hiện tượng lạ trên bầu trời đêm.

Phát hiện sớm các dấu hiệu của siêu tân tinh rất quan trọng bởi nó giúp các nhà khoa học theo dõi cách siêu tân tinh bắt đầu, phát triển và lụi tàn – cung cấp những hiểu biết quý giá về cách các vụ nổ này vận hành. Trong trường hợp này, AI nhận diện sự bừng sáng bất thường trong nhiều tháng trước khi vụ nổ diễn ra, theo đồng tác giả Alex Gagliano (Viện AI và Tương tác Cơ bản) và Ashley Villar (ĐH Harvard-Smithsonian), trả lời Live Science qua email.

Việc phát hiện sớm này cho phép nhiều đài quan sát lớn tham gia, thu thập dữ liệu phổ rộng ở nhiều bước sóng.

Trước hiện tượng này, các nhà khoa học có hai giả thuyết chính về nguồn gốc vụ nổ. Nhóm tác giả nghiên cứu cho rằng kịch bản khả dĩ nhất là một ngôi sao khổng lồ quay quanh một hố đen. Khi hai thiên thể tương tác, khoảng cách giữa chúng giảm dần. Cuối cùng, ngôi sao cố nuốt hố đen và phát nổ dưới tác động của căng thẳng hấp dẫn. Một giả thuyết khác là hố đen… “xé nát” ngôi sao thông qua quá trình gọi là “spaghettification” nhưng dữ liệu không ủng hộ giả thuyết này mạnh bằng phương án đầu.

Nhóm nghiên cứu xác định thành phần hóa học của ngôi sao khổng lồ và phát hiện rằng nó vẫn còn giữ lớp vật chất ngoài cùng trước khi phát nổ. “Điều này chứng tỏ quá trình tương tác giữa các sao đôi phức tạp hơn rất nhiều so với suy nghĩ trước đây của các nhà thiên văn,” Gagliano cho biết. “Những sự kiện tiếp theo sẽ tiết lộ cách các vụ nổ sao khổng lồ bị chi phối bởi tương tác với bạn đồng hành – điều mà khoa học hiện chưa mô phỏng chính xác được.”

Gagliano lưu ý chưa ai từng chứng kiến đủ nhiều vụ nổ kiểu này để dự đoán hoàn toàn các kịch bản tương tác giữa sao khổng lồ và hố đen. Tuy nhiên, dữ liệu hiện có là “rất khó giải thích nếu không có hệ đôi” – nghĩa là cả sao và hố đen đều có thể góp mặt.

AI hỗ trợ phát hiện siêu tân tinh

AI dùng trong phát hiện này gọi là Lightcurve Anomaly Identification and Similarity Search (LAISS). Hệ thống này xây dựng trên cùng thuật toán mà Spotify sử dụng để đề xuất bài hát phù hợp với người dùng. LAISS gợi ý các thiên thể đáng chú ý dựa trên dữ liệu ánh sáng của hệ đôi, khoảng cách với Trái đất là 1,17 tỉ km (730 triệu năm ánh sáng).

Các đặc điểm của SN 2023zkd được LAISS so sánh với cơ sở dữ liệu tham chiếu của các đối tượng đã biết để xác định các tín hiệu bất thường – những dấu hiệu có thể là hiện tượng hiếm hoặc hoàn toàn mới.

Khi LAISS phát hiện tín hiệu đáng chú ý, một bot trên Slack (nền tảng nhắn tin nhóm) sẽ gửi cảnh báo vào kênh riêng để các thành viên nhóm kiểm tra kết quả trong thời gian thực. “Hệ thống tinh gọn này giúp các nhà thiên văn nhanh chóng tập trung vào những phát hiện độc đáo và tiềm năng nhất,” Gagliano nói.

Sau vụ nổ, đường cong ánh sáng của SN 2023zkd chuyển biến rất lạ: thoạt đầu sáng lên kiểu siêu tân tinh điển hình, giảm độ sáng rồi lại bất ngờ bừng sáng một lần nữa. Dữ liệu lưu trữ còn cho thấy ngôi sao này sáng dần đều trong bốn năm trước khi phát nổ, nhiều khả năng do vật chất bị thải ra ngoài.

Ban đầu, ánh sáng mạnh lên khi sóng xung kích từ siêu tân tinh quét vào lớp khí loãng quanh đó, sau đó đỉnh sáng thứ hai xuất hiện khi sóng xung kích tới lớp bụi dày hơn.

Về hiện diện của hố đen, các nhà thiên văn suy luận dựa trên cấu trúc khí, bụi cũng như các biểu hiện thay đổi ánh sáng bất thường của ngôi sao trong những năm trước khi nổ. LAISS đã giúp họ nhận diện tất cả các chi tiết bổ sung này.

“Nếu chúng ta đợi đến khi con người phát hiện ra 2023zkd thì đã bỏ lỡ các dấu hiệu sớm về đĩa khí xung quanh và tín hiệu về bạn đồng hành là hố đen. AI như LAISS giúp chúng ta phát hiện các vụ nổ hiếm gặp đều đặn mà không phải dựa vào may mắn, đồng thời kịp thời điều tra nguồn gốc của chúng,” Gagliano kết luận.

Kết quả nghiên cứu được công bố trên tạp chí Astrophysical Journal ngày 13/8.

Sử dụng thuật toán AI như Spotify, các nhà khoa học đã phát hiện được loại siêu tân tinh hoàn toàn mới, khi một ngôi sao khổng lồ phát nổ do tương tác với hố đen. Phát hiện này làm sáng tỏ những bí ẩn về các vụ nổ sao cũng như vai trò đột phá của AI trong ngành thiên văn học hiện đại.