Los científicos han recurrido a la inteligencia artificial (IA) para comprender mejor por qué explotan algunos restos estelares muertos llamados estrellas enanas blancas.
Estas explosiones energéticas, llamadas Supernovas tipo Ia, podría ser responsable de forjar elementos pesados y sembrarlos a través del cosmos. Son estos elementos los que pueden llegar a convertirse en bloques de construcción de futuras estrellas, planetas o incluso vida. Las emisiones asociadas con las supernovas de tipo Ia también son tan características que los astrónomos se refieren a estos eventos como «velas estándar» y utilizarlos para medir vastas distancias cósmicas.
Sin embargo, estas explosiones cósmicas son bastante diferentes de las supernovas que acompañan a la muertes de estrellas masivasque resultan en la nacimientos de estrellas de neutrones y agujeros negros. Las supernovas de tipo Ia ocurren cuando una estrella enana blanca «muerta» se alimenta de material despojado de una estrella asociada.
Sin embargo, a pesar de la importancia de las supernovas de Tipo Ia en la evolución cósmica y su utilidad como herramienta de medición celeste, los astrónomos aún no saben exactamente cómo o por qué tienen lugar.
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«Cuando investigamos supernovas, analizamos sus espectros. Los espectros muestran la intensidad de la luz en diferentes longitudes de onda, que se ve afectada por la elementos creados en la supernova. Cada elemento interactúa con la luz en longitudes de onda únicas y, por lo tanto, deja una firma única en el espectro», dijo el autor principal de la investigación, Mark Magee, de la Universidad de Warwick. dijo en un comunicado. «El análisis de estas firmas puede ayudar a identificar qué elementos se crean en una supernova y proporcionar más detalles sobre cómo explotaron las supernovas».
¿Por qué las enanas blancas explotan sus cabezas?
En unos 5 mil millones de años, el El sol se quedará sin hidrógeno.el combustible necesario para fusión nuclear en su centro. El fin de esta fusión de hidrógeno en helio también cortará la presión de radiación hacia afuera que actualmente sostiene al Sol contra el empuje hacia adentro de su propia gravedad.
El núcleo del sol colapsará; sus capas exteriores, en las que todavía se produce la fusión nuclear, se hincharán. Esto transformará el sol en un gigante rojauna fase que lo verá expandirse hacia el órbita de marte. Esto significa que los planetas interiores del sistema solar, incluida la Tierra, quedarán sumergidos.
Esta fase de gigante roja durará alrededor de mil millones de años, lo que representa aproximadamente el 10% de la vida total del sol. Durante esta fase, las capas exteriores hinchadas del sol se dispersarán y enfriarán. El resultado final será un núcleo estelar humeante, o enano blancorodeado por una nube de gas y polvo llamada nebulosa planetaria (que irónicamente no tiene nada que ver con los planetas). Para el sol, la fase de enana blanca marcará el fin de su existencia.
Otras estrellas del tamaño aproximado del Sol también se transforman en enanas blancas, pero si tienen una pareja binaria, es posible que este no sea el final de sus vidas. En lugar de desaparecer, algunas enanas blancas pueden desaparecer con fuerza.
Al igual que un vampiro saltando de la tumba para darse un festín con la sangre de una víctima inocente, si una enana blanca cadáver estelar está lo suficientemente cerca de una estrella compañera (o si esa estrella se ha hinchado durante su propia fase de gigante roja), puede comenzar alimentándose del material estelar de su víctima.
Sin embargo, la materia de esta estrella donante no puede caer directamente a la superficie de la enana blanca debido a la conservación del momento angular. Más bien, forma un disco entre la estrella donante y la enana blanca, hecho de material que gradualmente se alimenta del denso remanente estelar. Esta materia acumulada se acumula en la superficie del remanente estelar, aumentando la masa de la enana blanca más allá del llamado Límite de Chandrasekhar, que es igual a 1,4 veces la masa del sol. Esto representa el límite de masa que debe cruzar una estrella para convertirse en supernova.
La alimentación caníbal de una enana blanca sobre una estrella donante finalmente da lugar a una explosión termonuclear desbocada: una supernova de tipo Ia.
Una de las principales diferencias entre las supernovas de tipo Ia y Supernovas de «colapso del núcleo»que ocurre cuando los núcleos de estrellas masivas caen sobre sí mismos, aplastándose para formar estrellas de neutrones o agujeros negros, es que las enanas blancas quedan completamente destruidas por la explosión que resulta de su voraz alimentación.
Para comprender mejor este proceso, el equipo de la Universidad de Warwick recurrió al aprendizaje automático. Al utilizar esta forma de IA, el equipo pudo acelerar el tipo Ia. simulaciones de supernovas, que tradicionalmente requieren mucho tiempo y una gran cantidad de potencia informática. Normalmente, un modelo puede tardar entre 10 y 90 minutos, explicó el equipo.
«Queremos comparar cientos o miles de modelos para comprender completamente la supernova. Esto no es realmente factible en muchos casos», dijo Magee. «Nuestra nueva investigación se alejará de este largo proceso. Entrenaremos algoritmos de aprendizaje automático sobre cómo se ven los diferentes tipos de explosiones y los usaremos para generar modelos mucho más rápidamente».
Añadió que, de manera similar a cómo los humanos emplean la IA para generar obras de arte o texto, los investigadores podrán generar simulaciones de supernovas. El equipo ahora puede comparar los resultados obtenidos por sus simulaciones impulsadas por IA con observaciones de la vida real de supernovas de Tipo Ia reales.
«Podremos generar miles de modelos en menos de un segundo, lo que supondrá un gran impulso para la investigación de supernovas», afirmó Magee. «A partir de estos datos preparamos modelos que se comparan con supernovas reales para establecer qué tipo de supernova es y exactamente cómo explotó».
Sin embargo, los beneficios de este enfoque no se limitan a la velocidad. La mayor precisión del proceso basado en IA también permitirá a los investigadores determinar mejor el gama de elementos forjados alrededor de explosiones de Tipo Ia que luego se dispersan por el cosmos.
«Explorar los elementos liberados por las supernovas es un paso crucial para determinar el tipo de explosión que ocurrió, ya que ciertos tipos de explosiones producen más de algunos elementos que de otros», dijo Magee. «Podemos entonces relacionar las propiedades de la explosión con las propiedades del galaxias anfitrionas de supernovas y establecer un vínculo directo entre cómo ocurrió la explosión y el tipo de enana blanca que explotó».
El equipo intentará ahora ampliar su proceso para que pueda aplicarse a otras supernovas, incluidas las asociadas con la creación de estrellas de neutrones y agujeros negros. Esto podría ayudar a conectar las características de estas supernovas con las galaxias en las que ocurren.
«Con los estudios modernos, finalmente tenemos conjuntos de datos del tamaño y la calidad para abordar algunas de las preguntas clave que quedan en la ciencia de las supernovas: cómo exactamente explotan», dijo el miembro del equipo Thomas Killestein de la Universidad de Turku. «Los enfoques de aprendizaje automático como este permiten estudiar un mayor número de supernovas, con mayor detalle y con más coherencia que los enfoques anteriores».
La investigación del equipo fue publicada en mayo en la Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society (MNRAS),