AI làm sáng tỏ bí ẩn vụ nổ siêu tân tinh 2 lần phát sáng

Các nhà khoa học thiên văn thuộc nhóm nghiên cứu do Đại học California, Santa Cruz dẫn dắt, đã sử dụng hệ thống AI phát hiện được vụ nổ siêu tân tinh hiếm hoi mang tên SN 2023zkd, chỉ vài giờ sau khi nó khởi phát. Phát hiện này cho phép họ thu thập những quan sát then chốt trước khi ánh sáng ngắn ngủi của vụ nổ biến mất.

Bằng chứng cho thấy nguyên nhân có thể là do sự va chạm dữ dội giữa ngôi sao và một hố đen lân cận. Hố đen này có thể đã nuốt một phần ngôi sao, kích hoạt vụ nổ, hoặc hoàn toàn xé toạc nó trước khi nó tự phát nổ.

Các nhà khoa học nhấn mạnh rằng khả năng phát hiện bất thường theo thời gian thực nhờ AI, có thể mở ra nhiều ứng dụng khác trong đời sống: từ phát hiện bệnh sớm, ngăn chặn gian lận tài chính cho đến tăng cường an ninh quốc gia.

Cuộc săn dấu vết vụ nổ cuối cùng của một ngôi sao

Nhóm nghiên cứu đã nhận diện được cái chết dữ dội của một ngôi sao khổng lồ bị mắc kẹt trong quỹ đạo tử thần với một hố đen. Phát hiện này có được nhờ hệ thống AI chuyên theo dõi các vụ nổ siêu tân tinh ngay từ những khoảnh khắc đầu tiên.

Tháng 7.2023, sự kiện SN 2023zkd được ghi nhận bởi một hệ thống AI mới có khả năng quét bầu trời theo thời gian thực để tìm ra những vụ nổ bất thường. Nhờ phát tín hiệu báo động nhanh chóng, các nhà nghiên cứu đã có thể tiến hành quan sát chi tiết ngay tức khắc. Đây là một bước cực kỳ quan trọng để ghép nối toàn bộ diễn biến của vụ nổ.

Những quan sát chưa từng có

Đến khi sự kiện kết thúc, SN 2023zkd đã được theo dõi bởi một mạng lưới kính thiên văn trên Trái đất và ngoài vũ trụ. Trong đó có hai thiết bị tại Đài quan sát Haleakalā ở Hawai‘i, thuộc thí nghiệm Young Supernova Experiment (YSE) do UC Santa Cruz dẫn dắt.

Ryan Foley, Phó giáo sư Thiên văn học và Vật lý thiên văn tại UC Santa Cruz, cho biết: “Chưa từng thấy hiện tượng nào giống vụ nổ siêu tân tinh này, nên có thể nó cực kỳ hiếm”. Ông nhấn mạnh rằng con người vốn có khả năng phát hiện những điểm khác thường, nhưng thuật toán AI lại có thể đưa ra cảnh báo sớm hơn rất nhiều mà đây lại là yếu tố sống còn đối với những quan sát mang tính thời gian cấp bách như thế.

Khảo sát bầu trời để tìm siêu tân tinh

Đội của Foley vận hành dự án YSE, vốn khảo sát một vùng trời rộng gấp 6.000 lần diện tích Mặt trăng (tương đương 4% bầu trời đêm) trong vòng 3 ngày một lần và đã phát hiện hàng nghìn vụ nổ vũ trụ cùng nhiều hiện tượng thoáng qua khác mà hàng chục trong số đó chỉ cách thời điểm nổ vài ngày, thậm chí vài giờ.

Theo nhóm phát hiện, kịch bản có khả năng nhất là va chạm giữa ngôi sao khổng lồ và hố đen là không thể tránh khỏi. Khi năng lượng quỹ đạo hao hụt dần, khoảng cách của chúng thu hẹp cho đến lúc lực hấp dẫn cực độ từ hố đen đã kích hoạt vụ nổ siêu tân tinh.

Khám phá này được công bố ngày 13.8 trên tạp chí Astrophysical Journal. Tác giả chính Alexander Gagliano, nghiên cứu sinh thuộc Viện NSF về Trí tuệ nhân tạo và Tương tác cơ bản, cho biết: “Phân tích của chúng tôi cho thấy vụ nổ được khởi phát bởi một cuộc va chạm thảm khốc với hố đen đồng hành và đây là bằng chứng mạnh mẽ nhất từ trước đến nay rằng sự tương tác gần gũi như vậy thực sự có thể kích nổ một ngôi sao”.

Một giả thuyết khác mà nhóm đưa ra là hố đen đã hoàn toàn xé toạc ngôi sao trước khi nó kịp tự phát nổ. Khi đó, hố đen nuốt chửng nhanh chóng phần vật chất còn lại và ánh sáng chói lòa xuất hiện khi đám mảnh vỡ va vào lớp khí bao quanh. Trong cả 2 trường hợp, chỉ còn hố đen sót lại sau va chạm.

Siêu tân tinh phát sáng hai lần

Cách Trái đất khoảng 730 triệu năm ánh sáng, SN 2023zkd ban đầu trông giống một siêu tân tinh điển hình với một lần lóe sáng duy nhất. Nhưng sau nhiều tháng quan sát, nó bất ngờ sáng trở lại. Khi phân tích dữ liệu lưu trữ, các nhà khoa học còn phát hiện điều lạ hơn: hệ sao này đã dần sáng lên suốt hơn bốn năm trước vụ nổ. Kiểu hoạt động dài hạn trước khi bùng nổ như vậy cực kỳ hiếm trong các vụ siêu tân tinh.

Phân tích chi tiết cho thấy ánh sáng từ vụ nổ bị ảnh hưởng bởi lượng vật chất mà ngôi sao đã phóng ra trong những năm cuối đời. Sự phát sáng ban đầu xuất phát từ làn sóng va chạm của vụ nổ với lớp khí loãng. Đỉnh sáng thứ hai đến chậm hơn nhưng kéo dài, do cú va chạm liên tục với một đám mây dày hình đĩa. Cấu trúc này cùng với hành vi bất thường trước khi nổ, gợi ý rằng ngôi sao sắp chết đã chịu sức ép hấp dẫn cực lớn từ một bạn đồng hành nhỏ hơn mà nhiều khả năng là hố đen.

Từ hoài nghi đến xác tín nhờ AI

Foley nhớ lại rằng ông và Gagliano từng có nhiều cuộc tranh luận về quang phổ của vụ nổ, dẫn đến giả thuyết cuối cùng rằng đây là một hệ đôi có hố đen. Ban đầu, ý tưởng hố đen kích nổ siêu tân tinh nghe như chuyện viễn tưởng, nên họ phải đảm bảo mọi quan sát đều khớp với lời giải thích này. Theo Foley, Gagliano đã chứng minh điều đó một cách thuyết phục.

Foley cho biết: “Nhóm chúng tôi cũng xây dựng nền tảng phần mềm để hợp nhất dữ liệu và quản lý quan sát. Các công cụ AI dùng cho nghiên cứu này được tích hợp trực tiếp vào hệ sinh thái phần mềm đó”.