人工智能探测、确认、分类和共享的第一颗超新星

一个完全自动化的过程，包括一个全新的人工智能（AI）工具，已经成功地探测、识别和分类了它的第一颗超新星。

由西北大学领导的国际合作开发的新系统自动搜索整个夜空中的新超新星 – 有效地将人类从过程中移除。这不仅迅速加快了分析和分类新超新星候选者的过程，而且还绕过了人为错误。

该团队本周提醒天文学界注意名为Bright Transient Survey Bot（BTSbot）的新工具的推出和成功。在过去的六年中，人类估计总共花费了2,200个小时对超新星候选者进行目视检查和分类。随着新工具正式上线，研究人员可以将宝贵的时间转移到其他职责上，以加快发现的步伐。

“有史以来第一次，一系列机器人和人工智能算法已经观察，然后识别，然后与另一架望远镜通信，最终确认超新星的发现，”西北大学的亚当米勒说。“这代表了向前迈出的重要一步，因为模型的进一步完善将使机器人能够隔离恒星爆炸的特定亚型。最终，将人类从循环中移除为研究团队提供了更多时间来分析他们的观察结果并开发新的假设来解释我们观察到的宇宙爆炸的起源。

“我们实现了世界上第一个全自动检测，识别和分类超新星，”西北大学的Nabeel Rehemtulla补充道，他与米勒共同领导了技术开发。“这大大简化了对超新星的大型研究，帮助我们更好地了解恒星的生命周期以及超新星产生的元素的起源，如碳，铁和金。

米勒是西北大学温伯格艺术与科学学院的物理学和天文学助理教授，也是天体物理学跨学科探索与研究中心（CIERA）的成员。Rehemtulla是Miller研究小组的天文学研究生。

切断中间人

为了探测和分析超新星，人类目前与机器人系统携手合作。首先，机器人望远镜反复对夜空的相同部分进行成像，寻找以前图像中不存在的新来源。然后，当这些望远镜探测到新的东西时，人类就会接管。

“自动化软件向人类提供了候选爆炸的列表，人类花时间验证候选物并执行光谱观察，”米勒说。“我们只能通过收集它的光谱来明确地知道候选者是真正的超新星 – 光源的散射光，揭示了爆炸中存在的元素。现有的机器人望远镜可以收集光谱，但这通常也是由人类使用光谱仪操作望远镜来完成的。

研究人员开发了BTSbot来切断这个人类中间人。为了开发人工智能工具，Rehemtulla训练了一种机器学习算法，其中包含来自近16,000个来源的140多万张历史图像，包括已确认的超新星，临时耀斑的恒星，周期性变星和耀斑的星系。

“兹威基瞬态设施（ZTF）已经运行了六年，在此期间，我和其他人花了2000多个小时目视检查候选人并确定用光谱观察哪个，”加州理工学院（Caltech）的天文学家Christoffer Fremling说，他开发了另一种名为SNIascore的人工智能工具，并为BTSbot的开发做出了贡献。“将BTSbot添加到我们的工作流程中将消除我们花时间检查这些候选人的需要。

早期成功 – 以及一波解脱

为了测试BTSbot，研究人员研究了新发现的名为SN2023tyk的超新星候选者。ZTF是一个机器人天文台，用于对夜空进行成像以寻找超新星，于10月3日首次探测到源头。通过实时筛选ZTF的数据，BTSbot于10月5日发现了SN2023tyk。

SN2023tyk发生的星系之前（左）和之后的图像。星系的左上区域（右）看起来是球状和畸形的，恒星爆炸的地方。

从那里，BTSbot自动向帕洛玛天文台请求潜在的超新星光谱，另一台机器人望远镜（SED Machine）在那里进行了深入观测以获得源的光谱。然后，SED机器将光谱发送到加州理工学院的SNIascore，以确定超新星的类型：白矮星的热核爆炸或大质量恒星核心的坍塌。

在确定候选者是Ia型超新星（双星系统中的白矮星完全爆炸的恒星爆炸）后，自动化系统于10月7日与天文学界公开分享了这一发现。

在运行BTSbot的最初几天，Rehemtulla感到紧张和兴奋。

“模拟性能非常出色，但在你真正尝试之前，你永远不知道它是如何转化为现实世界的，”他说。“一旦来自SEDM的观察结果和SNIascore的自动分类进入，我们感到一股巨大的解脱。它的美妙之处在于，一旦一切都打开并正常工作，我们实际上什么都不做。我们晚上睡觉，早上，我们看到BTSbot和其他AI坚定不移地做他们的工作。

在西北大学的领导下，合作包括来自加州理工学院，明尼苏达大学，英国利物浦约翰摩尔斯大学和瑞典斯德哥尔摩大学的天文学家。

这项工作是基于帕洛玛天文台的塞缪尔·奥斯钦望远镜48英寸和60英寸望远镜获得的观测结果，作为兹威基瞬态设施项目的一部分。ZTF由美国国家科学基金会支持，资助号为。AST-2034437 以及包括加州理工学院、IPAC、魏茨曼科学研究所、斯德哥尔摩大学奥斯卡克莱因中心、马里兰大学、德国电子同步加速器和洪堡大学、台湾探戈联盟、威斯康星大学密尔沃基分校、都柏林三一学院、劳伦斯利弗莫尔国家实验室和法国 IN2P3 在内的合作项目。运营由首席运营官、IPAC和UW进行。