Bilim insanları, beyaz cüce yıldızlar olarak adlandırılan bazı ölü yıldız kalıntılarının neden patladığını daha iyi anlamak için yapay zekaya (AI) yöneldi.
Ia süpernovalar olarak adlandırılan bu enerjik patlamalar, ağır elementlerin oluşmasından ve bunların evrene yayılmasından sorumlu olabilir. Gelecekteki yıldızların, gezegenlerin ve hatta yaşamın yapı taşları haline gelebilecek olanlar da bu elementlerdir. Ia süpernovalarla ilişkili emisyonlar, gökbilimciler tarafından “standart mumlar” olarak adlandırılır ve geniş kozmik mesafeleri ölçmek için kullanılır.
Ancak bu kozmik patlamalar, büyük yıldızların ölümüne eşlik eden, nötron yıldızlarının ve kara deliklerin doğuşuyla sonuçlanan süpernovalardan oldukça farklıdır. Ia süpernovalar, “ölü” bir beyaz cüce yıldızın, bir ortak yıldızdan sıyrılan malzemeyle beslenmesiyle meydana gelir.
Ia süpernovaların kozmik evrimdeki önemine ve göksel ölçüm aracı olarak kullanımlarına rağmen gökbilimciler, bunların nasıl ve neden meydana geldiğini hâlâ tam olarak bilmiyorlar.
“Süpernovaları araştırırken onların spektrumlarını analiz ederiz. Spektrumlar, süpernovada oluşturulan elementlerden etkilenen farklı dalga boylarındaki ışığın yoğunluğunu gösterir. Her element, benzersiz dalga boylarında ışıkla etkileşime girer ve bu nedenle spektrum üzerinde benzersiz bir imza bırakır,” diyor Warwick Üniversitesi’nden araştırma lideri Mark Magee. “Bu imzaları analiz etmek, bir süpernovada hangi elementlerin oluşturulduğunu belirlemeye yardımcı olabilir ve süpernovanın nasıl patladığına dair daha fazla ayrıntı sağlayabilir.”
Beyaz Cüceler Neden Patlar?
Yaklaşık 5 milyar yıl içinde Güneş, çekirdeğindeki nükleer füzyon için gerekli yakıt olan hidrojeni tüketecek. Hidrojenin helyuma dönüşmesinin sona ermesi, güneşi kendi yerçekiminin içe doğru itmesine karşı şu anda destekleyen dışa doğru radyasyon basıncını da kesecek.
Güneş’in çekirdeği çökecek ve nükleer füzyonun hala devam ettiği dış katmanlar şişecek. Bu, Güneş’i kırmızı bir deve dönüştürecek ve bu aşamada güneş sistemi içerisindeki gezegenlerin yutulmasına sebep olacak. Bu kırmızı dev evresi yaklaşık 1 milyar yıl sürecek. Bu aşamada güneşin şişmiş dış katmanları dağılacak ve soğuyacak. Nihai sonuç, gezegenimsi bulutsu adı verilen bir gaz ve toz bulutu ile çevrelenmiş, için için yanan bir yıldız çekirdeği veya beyaz cüce olacak. Güneş için beyaz cüce evresi varlığının sonunu işaret edecek.
Kabaca Güneş büyüklüğündeki diğer yıldızlar da beyaz cücelere dönüşüyor, ancak ikili bir partnerleri varsa bu onların hayatlarının sonu olmayabilir. Bazı beyaz cüceler yok olmak yerine büyük bir gürültüyle yok olabilir.
Tıpkı bir vampirin kurbanının kanıyla ziyafet çekmek için mezarından çıkması gibi, eğer bir beyaz cüce, eşlik eden bir yıldıza yeterince yakınsa (ya da o yıldız kendi kırmızı dev aşamasında şişmişse) beslenmeye başlayabilir.
Ancak açısal momentumun korunumu nedeniyle bu donör yıldızdan gelen madde doğrudan beyaz cücenin yüzeyine düşemez. Bunun yerine, donör yıldız ile beyaz cüce arasında, yoğun yıldız kalıntısına yavaş yavaş beslenen malzemeden yapılmış bir disk oluşturur. Bu biriken madde, yıldız kalıntısının yüzeyinde birikerek beyaz cücenin kütlesini, Güneş’in kütlesinin 1,4 katına eşit olan Chandrasekhar sınırının ötesine taşır. Bu, bir yıldızın süpernovaya dönüşmesi için geçmesi gereken kütle sınırını temsil eder.
Bir beyaz cücenin donör bir yıldızla yamyamlıkla beslenmesi, sonuçta kontrolsüz bir termonükleer patlamaya yol açar.
Devasa yıldızların çekirdeklerinin kendi üzerine çökerek nötron yıldızlarını veya kara delikleri doğurmak üzere parçalanmasıyla ortaya çıkan Ia süpernovalar ile “çekirdek çökmesi” süpernovaları arasındaki en büyük farklardan biri, beyaz cücelerin, yıldızların oluşturduğu patlamayla tamamen yok olmasıdır.
Bu süreci daha iyi anlamak için Warwick Üniversitesi ekibi makine öğrenimine yöneldi. Ekip, yapay zekanın bu biçimini kullanarak, geleneksel olarak çok zaman alan ve büyük miktarda bilgi işlem gücü gerektiren Tip Ia süpernova simülasyonlarını hızlandırmayı başardı. Ekip, genellikle bir modelin 10 ila 90 dakika sürebileceğini açıkladı.
Magee, “Süpernovayı tam olarak anlamak için yüzlerce veya binlerce modeli karşılaştırmak istiyoruz. Bu çoğu durumda gerçekten mümkün değil,” dedi. “Yeni araştırmamız bu uzun süreçten uzaklaşacak. Farklı patlama türlerinin neye benzediği konusunda makine öğrenimi algoritmalarını eğiteceğiz ve bunları çok daha hızlı modeller oluşturmak için kullanacağız.”
İnsanların sanat eseri veya metin üretmek için yapay zekayı kullanmasına benzer şekilde, araştırmacılar süpernova simülasyonları oluşturabileceklerini ekledi. Ekip artık yapay zeka destekli simülasyonların sunduğu sonuçları, gerçek Ia süpernovaların gerçek hayattaki gözlemleriyle karşılaştırabiliyor.
Magee, “Bir saniyeden kısa sürede binlerce model üretebileceğiz, bu da süpernova araştırmalarına büyük bir katkı sağlayacak,” dedi. “Bu verilerden, ne tür bir süpernova olduğunu ve tam olarak nasıl patladığını belirlemek için gerçek süpernovalarla karşılaştırılan modeller hazırlıyoruz.”
Ancak bu yaklaşımın faydaları hız ile sınırlı değildir. Yapay zeka tabanlı sürecin artan doğruluğu, araştırmacıların Tip Ia patlamaları etrafında oluşan ve daha sonra evrene dağılan elementlerin aralığını daha iyi belirlemesine de olanak tanıyacak.
Magee, “Süpernovalar tarafından salınan elementlerin araştırılması, meydana gelen patlamanın tipinin belirlenmesinde çok önemli bir adımdır, çünkü bazı patlama türleri bazı elementleri diğerlerinden daha fazla üretir,” dedi. “Daha sonra patlamanın özelliklerini süpernovaya ev sahipliği yapan galaksilerin özellikleriyle ilişkilendirebilir ve patlamanın nasıl gerçekleştiği ile patlayan beyaz cücenin türü arasında doğrudan bir bağlantı kurabiliriz.”
