Um novo tipo de supernova causada por buracos negros é encontrada usando inteligência artificial

Em geral, supernovas são explosões extremamente energéticas que podem ser observadas a anos-luz de distância. Essas explosões quase sempre estão associadas com eventos que marcam o fim da vida de estrelas massivas ou fenômenos com remanescentes de estrelas. Há duas classificações principais para supernovas: as do tipo I associadas às anãs brancas e as do tipo II associadas com estrelas com mais de 8 vezes a massa do Sol.

Apesar desses dois tipos serem os principais na classificação, há diferentes subclasses de supernovas que são diferenciadas por suas curvas de luz e espectros. Em geral, a classificação era feita manualmente, o que é um processo demorado. Por causa disso, cada vez mais, os astrônomos vêm usando inteligência artificial (IA) para analisar grandes volumes de dados de telescópios. A IA consegue identificar padrões dentro de imagens ou das curvas de luz que torna possível a classificação dos diferentes subtipos.

Recentemente, um novo artigo foi publicado no The Astrophysical Journal onde astrônomos usaram um modelo de IA que identificou um novo tipo de supernova. Esse tipo chamou atenção porque não se encaixa com tipos I ou II que estão relacionados com o fim da vida da estrela. Esse novo tipo parece estar ligado à proximidade de uma estrela a um buraco negro. Essa descoberta mostra como a IA pode ser usada para encontrar novos fenômenos.

Supernovas

Uma supernova, geralmente, é relacionada com a explosão que acontece quando uma estrela chega ao final da sua vida. Durante esse evento, a estrela ejeta suas camadas externas e libera em pouco tempo mais energia do que o Sol em toda a sua vida. No centro, parte da estrela sofre colapso formando remanescentes como estrelas de nêutrons ou buracos negros. Esse tipo de supernova é chamada de supernova do tipo II.

Outro tipo de supernova que é muito conhecido é chamado de supernovas do tipo I. Esse tipo ocorre em sistemas binários, quando uma anã branca acumula matéria de sua estrela companheira até atingir um limite crítico e explodir. Essas supernovas são padronizadas e possuem a luminosidade igual quando observadas. Por causa desse padrão, elas são usadas como velas cosmológicas para medir distância de galáxias.

SN 2023zkd

Em julho de 2023, uma explosão que levou o nome de SN 2023zkd foi encontrada usando o Zwicky Transient Facility com um modelo de IA que detecta explosões no Universo. Essa explosão estava localizada a cerca de 730 milhões de anos-luz da Terra. Inicialmente, a explosão parecia ser de uma supernova do tipo II que teve apenas um pico de luz e depois um declínio ao longo de meses. O que chamou atenção foi que meses depois a supernova teve um outro pico de brilho.

Outra surpresa foi quando descobriram que o sistema vinha se tornando gradualmente mais luminoso por mais de 4 anos antes da primeira explosão. A luz da supernova foi moldada pelo material liberado pela estrela anteriormente. O primeiro aumento de brilho veio da onda de choque atingindo gases de baixa densidade. O segundo pico ocorreu pela colisão com uma nuvem espessa em forma de disco. Esse comportamento mostrou que a estrela poderia estar sob influência gravitacional causada por um buraco negro próximo.

Estrela engolindo buraco ou vice versa?

Após a análise do comportamento que o objeto teve ao longo dos meses, os astrônomos acreditam que a explosão foi uma interação entre uma estrela massiva e um buraco negro. A hipótese é que a estrela estava presa em uma órbita com o buraco negro e à medida que energia foi perdida da órbita, a separação entre os dois foi diminuindo. A distância ficou curta o suficiente até que a supernova fosse desencadeada quando a estrela tentou parcialmente engolir o buraco negro.

A análise mostrou que a explosão foi provocada pelo encontro com o buraco negro companheiro. Uma hipótese alternativa considera que o buraco negro teria destruído completamente a estrela antes que ela pudesse explodir por conta própria. Nesse caso, o buraco negro absorveu os destroços da estrela, e a emissão da supernova foi gerada quando os detritos colidiram com o gás ao redor. Independente da hipótese, o resultado foi um buraco negro mais massivo.

Futuro da Astronomia com IA

O modelo de IA que foi desenvolvido para detectar explosões incomuns em tempo real foi o responsável pela detecção dessa explosão. Com a detecção rápida do modelo, vários observatórios e telescópios conseguiram acompanhar a explosão imediatamente. Isso foi importante para conseguir capturar a linha do tempo do evento sendo possível analisar desde os primeiros momentos.

O uso combinado de observatórios com sistemas de IA que detectam em tempo real permitirá encontrar outras explosões raras ou semelhantes a essa. Por isso, cada vez mais os modelos de IA estão sendo usados para ajudar nas observações. Eles permitem capturar automaticamente esses eventos enquanto acontecem, e não apenas analisá-los depois. Isso é extremamente importante para fenômenos que são rápidos como essas explosões.

Referência da notícia

Gagliano et al. 2025 Evidence for an Instability-induced Binary Merger in the Double-peaked, Helium-rich Type IIn Supernova 2023zkd The Astrophysical Journal