一颗被黑洞撕裂的恒星两次点亮了宇宙

• 天文学家利用加州大学圣克鲁兹分校主导的AI系统，在SN 2023zkd超新星爆发数小时内便探测到这一罕见现象，使得该短暂事件消退前能迅速展开后续观测。
• 证据表明此次爆发由大质量恒星与黑洞伴星的灾难性遭遇引发——黑洞或在恒星自行爆发前将其部分吞噬，或将其撕裂。
• 研究人员指出，本次采用的实时异常检测AI未来可应用于医疗诊断、国家安全及金融欺诈预防等领域。

加州大学圣克鲁兹分校领衔的天文学合作项目，借助人工智能发现了与黑洞处于致命轨道纠缠的大质量恒星爆发。该项目致力于搜寻超新星爆发初期的恒星。

命名为SN 2023zkd的爆发于2023年7月首次被发现，这得益于一项专为实时扫描异常爆炸而设计的新型AI算法。早期警报使天文学家得以立即启动后续观测——这对完整记录爆发过程至关重要。

爆发结束前，地面与太空的大量望远镜已对其进行观测，其中包括位于夏威夷哈雷阿卡拉天文台的两台望远镜，它们由加州大学圣克鲁兹分校的"年轻超新星实验"（YSE）项目使用。

"此前从未观测到与此完全相似的超新星，因此它可能极其罕见，"加州大学圣克鲁兹分校天文学与天体物理学副教授瑞安·弗利表示。"人类较擅长发现'异于常态'的现象，但算法能比人类更早标记异常。这对时效性观测至关重要。"

受时限约束的天体物理学

弗利团队负责的YSE项目每三天巡天相当于6,000个满月面积（占夜空的4%），已发现数千次新宇宙爆发及其他天体物理瞬变现象——其中数十例在爆发后数日甚至数小时内即被捕获。

发现SN 2023zkd的科学家表示，最可能的解释是大质量恒星与黑洞的碰撞不可避免。随着轨道能量损失，两者间距持续缩小，最终当恒星被黑洞部分吞噬时，引力应力触发了超新星爆发。

该发现于8月13日发表于《天体物理学杂志》。"我们的分析表明，爆发由与黑洞伴星的灾难性遭遇引发，这是迄今最有力的证据，证明此类近距离相互作用确实能引爆恒星，"第一作者、美国国家科学基金会人工智能与基本相互作用研究所研究员亚历山大·加利亚诺指出。

团队考虑的另一种解释是：黑洞在恒星自行爆发前将其完全撕裂。此情况下，黑洞迅速吸入恒星残骸，残骸撞击周围气体时产生明亮光芒。两种情形均会留下单一、更重的黑洞。

异常渐强的辉光

距离地球约7.3亿光年的SN 2023zkd最初呈现典型超新星特征——单次闪光。但当科学家持续数月追踪其衰减时，它却出人意料地再次增亮。为解析此异常现象，团队分析档案数据后发现了更不寻常的情况：该系统在爆发前已持续缓慢增亮逾四年。这种爆发前的长期活动在超新星中极为罕见。

加州大学圣克鲁兹分校参与的部分详细分析揭示：爆发光芒由恒星死亡前数年抛出的物质塑形。早期增亮源自超新星冲击波撞击低密度气体。第二次延迟峰值则由持续缓慢撞击厚盘状星云所致。该结构及恒星爆发前的异常行为表明，濒死恒星承受着极端引力应力——很可能来自附近的致密伴星（如黑洞）。

弗利称他与加利亚诺就光谱进行了多次探讨，最终推导出含黑洞的双星系统模型。加利亚诺主导该方向研究，弗利则担任"光谱学专家"角色，提供意见反馈并常持怀疑态度。

弗利回忆道，黑洞触发超新星的观点初听近乎科幻。因此必须确保所有观测数据均符合该解释，而加利亚诺系统性地证实了这一点。

"团队还构建了用于整合数据和管理观测的软件平台。本研究使用的AI工具已集成于此生态系统，"弗利说明。"同样，我们的研究合作汇集了实现这些发现所需的多元专业力量。"

合著者恩里科·拉米雷斯-鲁伊斯（同为天文学与天体物理学教授）领导加州大学圣克鲁兹分校理论团队。另一合著者V·阿什利·维拉尔（哈佛大学文理学院天文学助理教授）提供AI技术支持。该发现团队由哈佛-史密森尼天体物理中心和麻省理工学院领导，作为YSE项目组成部分。

研究获美国国家科学基金会、美国宇航局、摩尔基金会及帕卡德基金会资助。弗利透露，包括加利亚诺在内的多名学生正在或曾担任美国国家科学基金会研究生研究员。

不确定性带来的社会代价

但弗利表示，当前资助状况及持续支持前景极不明朗，迫使合作团队减少风险承担，导致整体科研产出下降。"这种不确定性意味着我们正在萎缩，"他坦言，"缩减研究生招生规模——其中许多人被迫离开该领域或赴海外任职。"

尽管难以预测该AI方法的发展路径，弗利强调此项研究具有前沿性。"不难设想类似技术可用于疾病筛查、恐怖袭击重点监控、早期心理健康干预及金融欺诈检测，"他解释道。"任何需要实时异常检测的领域，这些技术终将发挥作用。"