一颗被黑洞一颗被黑洞撕裂的恒星两次照亮宇宙

• 天文学家利用加州大学圣克鲁兹分校主导的人工智能系统，在罕见超新星SN 2023zkd爆发数小时内就探测到其存在，使研究人员能在短暂事件消逝前迅速展开后续观测。
• 证据表明此次爆发由大质量恒星与黑洞伴星发生灾难性碰撞引发——该恒星在自行爆炸前，要么被黑洞部分吞噬，要么被彻底撕裂。
• 研究人员指出，本次使用的实时异常检测人工智能未来可应用于医疗诊断、国家安全及金融欺诈预防等领域。

在加州大学圣克鲁兹分校主导的天文学合作项目支持下，借助专门探测超新星爆发初期迹象的人工智能系统，科学家发现一颗大质量恒星在与黑洞构成致命轨道纠缠的状态下发生爆炸。

这颗被命名为SN 2023zkd的爆发天体于2023年7月首次被发现，得益于旨在实时扫描异常爆炸的新型AI算法。早期预警使天文学家得以立即启动后续观测——这是完整捕捉爆炸过程的关键环节。

在爆发结束前，地面与太空的大量望远镜已对其进行联合观测，其中包括加州大学圣克鲁兹分校年轻超新星实验（YSE）使用的两架位于夏威夷哈雷阿卡拉天文台的望远镜。

加州大学圣克鲁兹分校天文与天体物理学副教授瑞安·弗利表示："此前从未观测到与此完全相同的超新星，表明此类事件可能极其罕见。人类虽擅长识别'异于常态'的现象，但算法能比人类更早标记异常信号，这对时效性极强的观测至关重要。"

时间敏感的天体物理学

弗利团队负责运行的年轻超新星实验（YSE）每三天扫描相当于6000倍满月面积（占夜空4%）的天区，已发现数千个新宇宙爆发天体及其他天体物理瞬变源——其中数十个在爆发后数日甚至数小时内即被捕获。

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

该发现于8月13日发表于《天体物理学杂志》。论文第一作者、美国国家科学基金会人工智能与基础交互研究所研究员亚历山大·加利亚诺指出："分析表明此次爆发由黑洞伴星引发的灾难性碰撞点燃，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。"

研究团队考虑的另一种解释是：黑洞在恒星自行爆炸前将其彻底撕裂。这种情况下，黑洞迅速吸入恒星碎片，当碎片撞击周围气体时产生明亮光芒。两种情形最终均会留下单一、质量更大的黑洞。

异常渐亮的辉光

距地球约7.3亿光年的SN 2023zkd最初呈现典型超新星特征——单次闪光爆发。但当科学家持续追踪数月后，其亮度变化出现反常：它再次增亮。为解析异常行为，研究人员调取存档数据，揭示出更罕见现象：该系统在爆发前四年多持续缓慢增亮。此类爆发前的长期活动在超新星中极为罕见。

部分在加州大学圣克鲁兹分校完成的精细分析表明，爆发光芒由恒星死亡前数年抛出的物质塑形。早期增亮源于超新星冲击波撞击低密度气体，而延迟出现的第二峰值则因持续撞击厚盘状气体云所致。这种结构——以及恒星爆发前的异常行为——表明垂死恒星承受着极端引力应力，很可能源自黑洞等邻近致密伴星。

弗利透露，他与加利亚诺就光谱数据进行了多次探讨，最终推导出含黑洞的双星系统解释。加利亚诺主导该方向研究，弗利则担任"光谱学专家"角色，既提供专业支持也时常提出质疑。

弗利回忆道，黑洞触发超新星的说法初听近乎科幻，因此必须确保所有观测数据均支持该解释，而加利亚诺系统性地验证了这一点。

"团队还构建了用于整合数据和管理观测的软件平台，本研究使用的人工智能工具已集成至该生态系统，"弗利补充道，"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知识。"

共同作者、加州大学圣克鲁兹分校天文与天体物理学教授恩里科·拉米雷斯-鲁伊斯领导该校理论团队。哈佛大学文理学院天文系助理教授V·阿什利·维拉尔提供了人工智能专业技术。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主导，属于年轻超新星实验（YSE）项目组成部分。

弗利指出，此项工作获美国国家科学基金会、美国宇航局、摩尔基金会和帕卡德基金会资助，包括加利亚诺在内的多名学生正在或曾经获得美国国家科学基金会研究生研究奖学金。

不确定性的社会成本

但弗利表示，当前资助状况及持续支持前景存在高度不确定性，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求职。"

尽管难以预测此人工智能方法的未来路径，弗利强调该研究具有前沿性："可以预见类似技术将用于疾病筛查、恐怖袭击重点监控、心理健康问题早期干预及金融欺诈检测。任何需要实时异常检测的领域，这些技术终将发挥作用。"