人工智能帮助科学家理解宇宙爆炸

英国华威大学的科学家们正在利用人工智能来分析被称为超新星的宇宙爆炸现象。他们的研究论文发表在《皇家天文学会月报》上。

宇宙中许多恒星最终会以白矮星的形式结束它们的生命，白矮星是一种紧凑的恒星，其质量大约相当于太阳质量，大小却只有地球大小。其中一些白矮星最终会爆炸成为超新星。这个过程非常高能，并导致产生构成生命基础的重元素，如钙和铁，重新释放到宇宙中。

尽管这些超新星的意义重大，天文学家仍然不确切知道这些超新星是如何或者为什么发生的。

为了更好地理解，新的研究将利用一种被称为机器学习的人工智能类型来加速对超新星的实验研究——这些过程目前在计算上非常昂贵且耗时。这将有助于通过将爆炸模型与真实观察进行比较，揭示这些宇宙爆炸是如何发生的。

该研究的首席作者马克·麦吉博士，来自华威大学物理系，表示：“在研究超新星时，我们分析它们的光谱。光谱显示了不同波长上的光强度，受到了超新星中产生的元素的影响。每种元素都会在唯一的波长上与光线相互作用，因此在光谱上留下了独特的标记。

“分析这些标记可以帮助识别在超新星中产生的元素，并提供关于超新星爆炸方式的进一步细节。

“根据这些数据，我们制定模型，然后将其与真实超新星进行比较，以确定超新星的类型以及它是如何爆炸的。通常，一个模型可能需要10-90分钟才能生成，而我们想要比较数百甚至数千个模型来充分理解超新星。在许多情况下，这并不可行。

“我们的新研究将摆脱这个漫长的过程。我们将对机器学习算法进行训练，让它们了解不同类型的爆炸看起来是什么样子，并使用它们来更快地生成模型。就像我们可以使用人工智能来生成新的艺术品或文本一样，现在我们将能够生成超新星的模拟。这意味着我们将能够在不到一秒的时间内生成数千个模型，这将极大地推动超新星研究。”

除了加速超新星分析过程外，人工智能的使用还将提高研究的准确性。这将有助于确定哪种模型最接近真实爆炸，并确定它们的物理特性范围。

麦吉博士补充说：“探索超新星释放的元素是确定发生爆炸类型的关键一步，因为某些类型的爆炸会产生比其他更多的某些元素。然后，我们可以将爆炸的特性与超新星宿主星系的特性联系起来，建立爆炸发生方式与爆炸的白矮星类型之间的直接联系。”

这项现在已经被接受的工作只是第一步。未来的研究将扩展到包括更多类型的爆炸和超新星，并直接将爆炸与宿主星系的特性联系起来。正是通过机器学习的进步，这样的研究现在才成为可能。

也参与了这项研究的图尔库大学的托马斯·基利斯坦博士表示：“借助现代调查，我们终于拥有了规模和质量足够的数据集来解决超新星科学中的一些关键问题：它们究竟是如何爆炸的。这样的机器学习方法使得能够对更多的超新星进行研究，更详细地研究，比以往的方法更一致。”